Essential Organic Chemistry

Transcript

1

2 Essential Organic Chemistry Second Edition Paula Yurkanis Bruice University of California, Santa Barbarа 2

3 ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖƏНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ ПАУЛА ЮРКАНИС БРУИС ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯ НЕГІЗДЕРІ 2 Оқулық Алматы,

4 ƏОЖ 547 (075.8) КБЖ 24.2 я 73 Б 82 Қазақстан Республикасы Білім жəне ғылым министрлігінің «Оқулық» республикалық ғылыми-практикалық орталығы бекіткен Қазақ тіліне аударған: Бажықова К. Б. х.ғ.к., доцент (əл-фараби атындағы ҚазҰУ) Б 82 Бруис П. Ю. Органикалық химия негіздері. 2-бөлім: Оқулық / П.Ю. Бруис; / Ауд. К. Б. Бажықова. Алматы, бет. ISBN бөлім б. ISBN Оқулықта органикалық қосылыстар, олардың құрылысы, реакциялық қабілеттіліктері мен қасиеттері кеңінен талқыланған. Оқулық он бір бөлімнен тұрады, ол қазіргі заман талабына сай жазылған. Əр тараудың соңында органикалық қосылыстар жайлы қызықты мəліметтер мен күнделікті өмірден көрініс табуы жəне қолданылуы жайлы айтылған. Тақырыпқа сай үлес қосқан ғалымдардың қысқаша өмірбаяндары берілген. Материалға байланысты органикалық қосылыстар жайлы қосымша оқулықтар мен молекуланың бейнесін 3D форматта көруге сілтемелер жасалған. Сонымен қатар оқулық тарауларының соңында тақырыпқа сай жаттығулар беріліп, кейбір жаттығулардың орындалу жолдары көрсетілген. Оқулық түсінікті ғылыми тілмен жазылған. Оқулық жоғары оқу орындарының химия, химиялық технология, мұнай химиясы, медицина жəне т. б. мамандықтары студенттеріне, магистранттарына, PhD докторанттарына жəне басқа да оқырмандарға арналған. ƏОЖ 547 (075.8) КБЖ я 73 ISBN (2-б.) ISBN (орт.) 2010, 2006 by Pearson Education, Inc. Қазақ тіліндегі басылым, ҚР жоғары оқу орындарының қауымдастығы,

5 КАРБОНИЛДІ ҚОСЫЛЫСТАР І: НУКЛЕОФИЛДІ АЦИЛДЕУШІ ОРЫНБАСАРЛАР 11-ТАРАУ К карбон қышқылы арбонил тобы құрамындағы көміртегі атомы оттегімен қос байланыс арқылы байланысқан маңызды функционалдық топ. Құрамында карбонил тобы бар қосылыстар карбонилді қосылыстар деп аталады жəне олар табиғатта көп таралған. Олардың көпшілігі биологиялық процестерде маңызды рөл атқарады. Гормондар, витаминдер, амин қышқылдары, ақуыздар, күнделікті пайдаланатын хош иістендіргіштер да карбонилді қосылыстарға жатады. Ацил тобындағы карбонил тобы алкил (R) немесе арил (Ar) тобымен байланысқан. хлорангидрид карбонил тобы ацил тобы эфир 5

6 Ацил тобымен байланысқан топ (немесе атом) карбонилді қосылыстың реакциялық қабілеттілігіне күшті əсер етеді. Шындығында, карбонилді қосылыстарды екі класқа бөлуге болады: карбонилді қосылыстардың І түріндегі қосылыстарда ацил топтары басқа топқа алмасатын топ пен (немесе атоммен) байланысқан. Карбон амид қышқылдары, ацилхлоридтер, күрделі эфирлер жəне амидтер осы класқа жатады. Бұл қосылыстардың құрамында нуклеофилмен алмасатын топтар (OH, CІ, OR, NH 2, NHR, NR 2 ) болады. карбон қышқылы ацилхлорид күрделі эфир Карбонилді қосылыстардың құрамында нуклеофилмен алмасатын топтар болады амидтер Хлорангидридтер, күрделі эфирлер, амидтер жəне карбон қышқылдарының басқа да туындылары карбон қышқылдарынан оның құрамындағы ОН тобымен алмасқан топтың табиғатына байланысты ерекшеленеді. Карбонилді қосылыстардың ІІ түрінде ацил тобы басқа топқа жеңіл алмасатын топпен байланысқан. Оқулық: Функционалдық топтар Альдегидтер мен кетондар осы класқа жатады. Альдегидтерде ацил тобы нуклеофилге жеңіл алмаспайтын Н атомымен, ал кетондарда ацил тобы R-мен байланысқан. нуклеофилге алмаспайды Бұл бөлімде карбонилді қосылыстардың І түрінің реакциялары қарастырылады. Біз бұл қосылыстардың ацил тобымен байланысқан топтары нуклеофилмен алмасатындықтан нуклеофилді орынбасу реакциясына түсетіндігін көреміз. Карбонилді қосылыстардың ІІ түрінің реакциялары 12-бөлімде қарастырылады. Онда біз бұл қосылыстардың құрамындағы ацил тобы нуклеофилге алмаса алмайтын топпен байланысқандықтан, орынбасу реакцияларына түспейтіндігін көреміз. 6

7 11.1 КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ ТУЫНДЫЛАРЫНЫҢ НОМЕНКЛАТУРАСЫ Біз карбон қышқылдарының атауларына көбірек көңіл бөлеміз, себебі олардың атаулары басқа карбонилді қосылыстар атауларының негізін құрайды. Карбон қышқылдарының атаулары Карбон қышқылдарының функционалдық топтары карбокcил топтары деп аталады. Карбоксил тобы көбінесе қысқартылған түрде беріледі Жүйелік номенклатура (ЮПАК) бойынша карбон қышқылдарының атауында сəйкес алкандардың атауына «қышқыл» сөзі қосылып аталады. Мысалы, бір көміртегі атомы бар алкан метан болса, оған сəйкес қышқыл метан қышқылы деп аталады. Жүйелік жалпы метан қышқылы құмырсқа қышқылы Этан қышқылы сірке қышқылы пропан қышқылы пропион қышқылы бутан қышқылы май қышқылы пентан қышқылы валериан қышқылы гексан қышқылы капрон қышқылы Құрамында алты жəне одан көп көміртегі бар карбон қышқылдары жалпы (тривиалды) атаумен аталады. Мұндай атаулармен химиктер қосылыстың кейбір қызметін көрсету үшін оның шығу тегіне байланысты атаған. Мысалы құмырсқа қышқылы құмырсқада, арада жəне басқа да шағатын жəндіктерде болады. Осыған байланысты олардың атаулары құралған. Латынша «шағу», яғни құмырқса қышқылы «құмырсқаның шағуы» дегенді білдіреді. Пропион қышқылы жоғарғы қышқылдардың кейбір қасиеттерін көрсететін төменгі қышқыл (19.1-бөлім), оның атауы 7

8 гректің «про» (бірінші) жəне «пион» (май) деген сөзінен шыққан. Май қышқылы қышқыл майларда кездеседі, латынша май деген сөз «butyrum». Капрон қышқылы ешкі сүтінде кездеседі. Егер сіз ешкі мен капрон қышқылының иісін салыстырсаңыз, олардың ұқсас екендігін байқайсыз. Латынша «Caper» ешкі дегенді білдіреді Жүйелік номенклатурада орынбасарлардың орны нөмірленеді. Карбонилді көміртегі С-1 деп белгіленеді. Жалпыға ортақ номенклатура бойынша орынбасардың орны грек əріпімен белгіленеді. Ал карбонилді көміртегі белгіленбейді. Карбонил тобымен байланысқан бірінші көміртегі- бірінші, ал одан кейінгі екінші көміртегі- жəне т.б. белгіленеді. = альфа = бетта = гамма = дельта = эпсилон оқулық: Карбон қышқылдары жəне олардың туындыларының номенклатурасы жүйелік номенклатура жалпы номенклатура Жүйелік жəне жалпы номенклатуралардың айырмашылығын түсіну үшін келесі мысалдарды мұқият қараңыздар: жүйелік 2-метоксибутан 2-бромпентан 4-хлоргексан қышқылы қышқылы қышқылы жалпы -метоксимай -бромвалериан -хлоркапрон қышқылы қышқылы қышқылы Хлорангидридтердің номенклатурасы Хлорангидридтерде карбон қышқылдарындағы ОН тобының орнында СІ атомы болады. Олар қышқылдар атауындағы көмірсутегінің атауына «ил» жалғауы жалғанып, «қышқылы» сөзі «хлорид» сөзіне алмастырылады. жүйелік этаноилхлорид 3-метилпентаноилхлорид жалпы ацетилхлорид -метилвалерилхлорид 8

9 Эфирлердің номенклатурасы Күрделі эфирлердің құрамында карбон қышқылдарындағы ОН тобының орнында басқа топтар болады. Эфирлерді атауда карбоксилді оттегімен байланысқан топ (R) бірінші, ал одан кейін карбонилді оттегі қасындағы қышқылдың атауына сай «ат» жалғауына алмастырылады. жүйелік этилэтанат 3-метилпентаноилхлорид метил-3-бромбутанат жалпы этилацетат фенилпропанат метил- -бромбутанат Карбон қышқылдарының тұздары да осылайша аталады. Катион бірінші, одан кейін қышқыл атауы «ат» жалғауына алмастырылады. жүйелік натрий метанаты калий этанаты жалпы натрий формиаты калий ацетаты Амидтер номенклатурасы Амидтерде карбон қышқылдарындағы ОН тобының орнында NH 2, NHR немесе NR 2 топтары болады. Амидтерді атауда қышқыл сөзі «амид» сөзіне алмастырылады. жүйелік этанамид 4-хлорбутанамид жалпы ацетамид γ-хлорбутирамид 9

10 Егер орынбасар азот атомымен байланысса, орынбасардың орны бірінші көрсетіледі (егер бірнеше орынбасар болса, азот атомымен байланысқан орынбасардан бастап əліпбилік ретпен нөмірленіп «амид» сөзі қосылып аталады. Əр орынбасардың атауында алдыңғы азот атомымен байланысқан атомның үлесі ескеріледі. 3D молекула: Ацетилхлорид; метилацетат; сірке қышқылы; ацетамид N-циклогексилпропанамид N-этил-N-метилпентанамид N,N-диметилбутанамид 1-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстарды атаңыздар: 3D молекула: N-метилбензамид а. в. ə. г. б. ғ. 2-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың құрылысын көрсетіңіздер: а. Фенилацетат в. этил 2-хлорпентанат ə. натрий ацетаты г. β-бромбутирамид б. N-бензилэтанамид ғ. пропаноил хлорид 11.2 КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ ТУЫНДЫЛАРЫНЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ Карбон қышқылдары мен олардың туындыларындағы карбонилді көміртегі sp 2 гибридтелген. Ол өзінің 3 sp 2 орбиталін карбонилді көміртегіндегі α-көміртегі жəне орынбасармен (Y) -байланысын түзуге жұмсайды. Карбонилді көміртегімен 10

11 байланысқан үш атом бір жазықтықта жатады жəне валенттік бұрыштары 120 болады. Карбонилді оттегі де sp 2 гибридтелген. Оның біреуі карбонилді көміртегімен -байланыс түзеді жəне əр екі sp 2 орбиталдің жеке жұп электрондары болады. Карбонилді оттегінің қалған р-орбиталдары басқа карбонилді топтағы көміртегінің р-орбиталдарымен қаптасып π-байланыс түзеді (11.1-сурет) сурет Карбонилді топтағы байланыс. π-байланыс көміртегі р-орбиталінің оттегі р- орбиталімен қаптасуынан түзіледі. Күрделі эфирлер, карбон қышқылдары, амидтердің əрқайсысында екі резонанстық құрылым болады. 11

12 Оң жақтағы резонанс амидтің гибридіне, эфир немесе карбон қышқылдарымен салыстырғанда көп үлес қосады. Себебі, электр терістілігі төмен азот атомында оң заряд жинақталады. 3-ЖАТТЫҒУ Карбон қышқылындағы көміртек-оттегі жəне спирттегі көміртек-оттегі жай байланыстарының қайсысы үлкен? Себебі? 4-ЖАТТЫҒУ Метилацетаттағы үш көміртек-оттегі байланыстарының қайсысы салыстырмалы түрде ұзынырақ? 11.3 КАРБОНИЛДІ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ 2.3 жəне 7.9-тарауларда карбон қышқылдарының қасиеттері қарастырылған. Карбон қышқылдарының рк а мəні 3-5 тең (ІІ қосымша). Карбонилді қосылыстардың қайнау температурасы мен басқа да физикалық қасиеттері І қосымшада көрсетілген. Карбонилді қосылыстардың салыстырмалы қайнау температурасы келесідей болады: салыстырмалы қайнау температурасы: амид > карбон қышқылы >> эфир ~ ацил хлорид~ альдегид ~ кетон Эфир, хлорангидрид, кетон, альдегидтердің қайнау температуралары молекулалық массалары сəйкес спирттермен салыстырғанда төмен. Себебі, тек спирт молекуласы ғана молекулааралық сутектік байланыс түзуге қабілетті болады. Осы төрт карбонилді қосылыстың қайнау температурасы карбонилді топтың полюстілігіне сəйкес эфирлердің қайнау температурасынан жоғары. 12

13 СН 3 СН 2 СН 2 ОН қ.т.= 97,4 о С қ.т.= 57,5 о С қ.т.= 51 о С қ.т.= 56 о С қ.т.= 49 о С қ.т.= 10,8 о С қ.т.= 213 о С қ.т.=141 о С Карбон қышқылдарының салыстырмалы қайнау температурасы біршама жоғары, себебі, əр молекула екі сутектік байланыс түзеді. молекулааралық сутектік байланыс Амидтердің қайнау температурасы жоғары, себебі бөлінген зарядтардың резонанстық үлесі қосылыстың жалпы құрылымында көп болғандықтан олардағы диполь-дипольдік өзара əрекеттесу де күшті (11.2-бөлім). Бұдан басқа, егер амидтегі азот атомы сутегімен байланысса, молекулааралық сутектік байланыс түзіледі. Карбон қышқылдарының туындылары жай эфирлер, хлоралкандар, жəне ароматты көмірсутектер сияқты еріткіштерде ериді. Спирттер мен эфирлер сияқты төрт көміртегіне бір оттегі атомы сəйкес келетін карбонилді қосылыстар суда ериді (3.7-бөлім). 13

14 11.4 ТАБИҒАТТА КЕЗДЕСЕТІН КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ ТУЫНДЫЛАРЫ Галогенангидридтердің реакциялық қабілеттіліктері, амидтермен салыстырғанда реакцияға біршама қабілетті болатын карбон қышқылдары мен күрделі эфирлердің реакциялық қабілеттіліктерінен жоғары. Біз реакциялық қабілеттілігінің арасындағы айырмашылықты 11.6-бөлімнен көреміз. Реакциялық қабілеттілігі жоғары болғандықтан галогенангидридтер табиғатта кездеспейді. Екіншіден, карбон қышқылдарының реакциялық қабілеттілігі төмен болғандықтан табиғатта кеңінен таралған. Мысалы, глюкоза пирожүзім қышқылына дейін ыдырайды (18.4-бөлім). (S) - (+)- сүт қышқылы анаэробты жаттығу кезінде дененің қызуына жауап беретін қосылыс. Сондай-ақ ол қышқыл сүтте де кездеседі. Шпинат жəне басқа да жапырақты жасыл көкөністерде қымыз қышқылы көп болады. Янтарь жəне лимон қышқылдары биологиялық жүйелердегі көмірсулар, май қышқылдары жəне амин қышқылдарының СО 2 дейін реакция сериялары жүретін лимон қышқылының цикліндегі маңызды аралық өнім (18.7-бөлім). Цитрус жемістері лимон қышқылына бай; əсіресе лимонда көп, грейпфрутта аз мөлшерде, ал апельсинде одан да аз мөлшерде кездеседі. пирожүзім (S)-(+)-сүт қымыз янтарь лимон қышқылы қышқылы қышқылы қышқылы қышқылы (S) - (-) алма қышқылы піспеген алма мен алмұрттың қышқыл дəмін береді. Бұл жемістер піскен кезде алма қышқылының мөлшері азайып, қанттың мөлшері артады. Алма қышқылы мен қант деңгейінің арасындағы кері байланыс өсімдіктердің таралуында маңызды: алма қышқылы жануарлардың жемісті піспегенше жемеуін қамтамасыз етеді. Бұл уақытта оның тұқымы шашырағанда өніп өсуі үшін жеткілікті дəрежеде пісіп жетіледі. Простагландиндер қабынуды, қан қысымын, ауыруды, безгекті реттейтін əр түрлі физиологиялық қызмет атқаратын гормондарға əсер етеді (11.9-бөлім). (S)-(-)-алма қышқылы простагландин А 2 простагландин F 2α 14

15 Эфирлер де табиғатта көп кездеседі. Көптеген гүлдер мен жемістердің хош иістерін эфирлер шығарады (1- жəне 30-жаттығуларды қараңыздар). бензилацетат изопентилацетат метилбутират жасмин банан алма α-көміртегі атомында амин тобы бар карбон қышқылдарын амин қышқылдары деп атайды. Амин қышқылдары өзара амидтік байланыстар арқылы қосылып пептидтер мен ақуыздар түзеді (16.0-бөлім). амин қышқылы пептид немесе ақуыздың жалпы құрылымы Кофеин, басқа да табиғатта кездесетін амидтер какао мен кофе дəнінен табылған. G пенициллиннің амидтік байланысы, төрт мүшелі амид сақинасы молекуланың реакцияға қабілетті бөлігі (11.13-бөлім). кофеин пиперин G пенициллин қара бұрыштың негізгі компоненті ПЕНИЦИЛЛИННІҢ АШЫЛУЫ Сэр Александр Флеминг ( ) Шотландияда дүниеге келген, Лондондағы университет колледжінде бактериология профессоры болған. Флеминг бірде стафилокок бактериясы штаммы Penicillium нотатумның пресс-формасымен зақымдаған шалқанды лақтырып тастамақ болғандығын айтады. Ол бактерияның көгерген жерлерден жойылып кеткендігін байқайды. Бұл одан аталған форманың бактерияға қарсы екендігін байқайды. 10 жыл өткеннен кейін Говард Флори мен Эрнст Сеть белсенді зат G пенициллинді бөліп алған (11.13-бөлім) бірақ алғашқы антибиотиктер ретінде сульфаниламидтік препараттарға рұқсат етілген (21.4-бөлім). Кейін G пенициллиннің тышқандардағы бактериялық инфекцияны емдейтіндігі анықталған. Бұдан кейін 1941 жылы G пенициллин 9 адамға бактериялық инфекцияны емдеуде қолданған. 15

16 1943 жылы G пенициллин əскерилер үшін өндіріліп, алғаш рет Сицилия мен Тунистегі əскерлерді емдеуде қолданылған жылдан бастап препарат қарапайым халыққа қолжетімді болды. Соғыстың əсері G пенициллиннің құрылымын анықтауға себеп болды. Оның құрылымы анықталғаннан кейін көптеген препараттарды синтездеуге мүмкіндік туды жылы Флеминг, Флори жəне Сеть физиология мен медицина саласы бойынша Нобель сыйлығының иегерлері атанады. Сеть сондай-ақ пенициллинді бұзатын фермент пенициллиназаны ашқан (11.13-бөлім). Флеминг пенициллиннің ашылуына өз бағасын береді, көгерудің бактерицидтік əсерін он тоғызыншы ғасырда асептикалық хирургиядағы еңбегі үшін белгілі болған ағылшын дəрігері Иосиф Листер ( ) мойындаған. Сэр Александр Флеминг ( ) Шотландияда фермер жанұясында сегіз баланың жетіншісі болып дүниеге келген жылы ол өзінің туысқан ағасынан шəкіртақы орнына мирас ретінде Лондон университетінде медицина саласы бойынша білім алуға мүмкіндік алады. Нəтижесінде ол 1928 жылы профессор атанады жылы рыцар қатарына қабылданады. Сэр Говард У. Флори ( ) Австралияда дүниеге келген жəне Аделаида Университетінде медицина докторы дəрежесін алады. Ол Англияға Родс стипендиаты ретінде аттанып Оксфорд жəне Кембридж университетттерінде білім алады жылы Шеффилд университетінде, кейін 1936 жылы Оксфорд университетінде паталогия профессоры атанады жылы рыцар қатарына қабылданады жылы сэр болып 1965 жылы Аделаидада Флори бароны атанады. Эрнест Б. Сеть ( ) Германияда дүниеге келіп, Фридрих Вильгемнен Берлин университетінде философия докторы дəрежесін алады жылы ол Гитлер өкімет басына келгеннен кейін Германиядан Англияға кетеді. Кембриджде білім алғаннан кейін оны 1935 жылы Флори Оксфордқа шақырады. Ол 1948 жылы Римде институт директоры болады да, 1961 жылы Лондон университетінде профессор болу үшін Англияға қайтып оралады. ДАЛМАТИНДЕР: ТАБИҒАТТЫ ӨЗГЕРТЕ АЛМАЙСЫЗДАР Амин қышқылдары метаболизмге ұшырағанда азоттың артық мөлшері бес амидтік байланысы бар қосылысы несеп қышқылында жинақталады. Ферменттермен катализденетін реакциялар несеп қышқылын аммоний ионына дейін ыдыратады. Несеп қышқылының ыдырау дəрежесі жануарлар түріне байланысты. Құстар, рептилий жəне насекомдар азоттың артық мөлшерін несеп қышқылы түрінде бөледі. Ұсақ қоректілер азоттың артық мөлшерін аллантоин түрінде, ал су жануарлары болса аллатоис қышқылы, мочевина немесе аммоний тұзы түрінде бөледі. энзим энзим энзим несеп қышқылы аллантоин аллатоис мочевина қышқылы құстардан, рептилийден, ұсақ қоректілер теңіз бауырмен шеміршекті балықтар, жорғалаушылары насекомдардан қосмекенділер бөлінеді 16

17 энзим аммоний тұзы, теңіз омыртқасыздары Далматиндер басқа ұсақ қоректілермен салыстырғанда несеп қышқылын көп мөлшерде бөледі. Себебі, далматиндіктер ретінде қара дақтары бар қылшықтары жоқ ақ түсті жəне ақ түсі гендеріне байланысты несеп қышқылы аллантоинға өзгеретін иттерді таңдап алған. Далматиндер ыстыққа сезімтал, тамырында несеп қышқылы жинақталса ауыр сезінеді КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ ТУЫНДЫЛАРЫНЫҢ РЕАКЦИЯЛАРЫ Карбонилді қосылыстардың реакциялық қабілеттіліктері көміртегімен салыстырғанда оттегінің электр терістілігінің жоғарылығынан болатын карбонил тобының полюстілігіне байланысты. Карбонилді көміртегі электронға тапшы (электрофил), сондықтан біз ол нуклеофилмен шабуылданады деп сеніммен айта аламыз. Нуклеофил карбон қышқылдарының туындыларындағы карбонилді көміртегін шабуылдағанда молекуладағы ең əлсіз С-О арасындағы -байланыс үзіліп, аралық өнім түзіледі. Аралық өнім тетраэдрлік интермедиат деп аталады, себебі реагенттегі sp 2 көміртегі атомы аралық өнімде sp 3 көміртегіне ауысады. Егер sp 3 көміртегі басқа электр терісті атоммен байланысса, онда оттегі атомымен байланысқан sp 3 көміртегі тұрақсыз болады. Сондықтан Y жəне Z электр терісті атомдар болғандықтан аралық тетраэдрлік өнім тиімсіз. Оттегі атомында жалғыз жұп электрон -байланысқа жұмсалады немесе Y - жəне Z - əрқайсысы электрондарын байланыс түзуге жұмсайды. 17

18 тетраэдрлік аралық өнім Y - немесе Z - аралық тетраэдрлік өнімнен бөлінуі олардың салыстырмалы негізділігіне Егер sp 3 көміртегі байланысты. Негіз неғұрлым əлсіз болса, бұл біз электр терісті атоммен 9.3-бөлімде қарастырған: негіз əлсіз болса, байланысқан қосылыстар құрамындағы sp 3 кететін топ ретінде жеңіл бөлінеді деген қағидаға мысал бола алады. Себебі, негіздер көміртегі атомы оттегімен байланысса тұ- электрондарымен бөліспейді. Сондай-ақ күшті негіз əлсіз негізге айналуы мүмкін. Ал əлсіз рақсыз болады. негіздердегі байланыс та əлсіз болады. Егер Y - тобы Z - салыстырғанда біршама əлсіз болса, онда Z реакциядан жеңіл бөлінеді жəне реакцияны келесідей жазуға болады: Бұл жағдайда жаңа өнім түзілмейді. Нуклеофил карбонилді көміртегін шабуылдайды, бірақ тетраэдрлік аралық өнім нуклеофилді бөліп реагентке ауыстырады. Екінші жағынан егер Y - тобы Z - салыстырғанда əлсіз негіз болса, Y - бөлініп жаңа өнім түзіледі. 18

19 Y - Z - пен салыстырғанда əлсіз негіз, сондықтан Y - бөлінеді Бұл реакция нуклеофилді ацилді орынбасу реакциясы деп аталады. Себебі, нуклеофил (Y - ) реагенттің ацил тобына қосылған (Z - ) нуклеофилді алмастырады. фильм: нуклеофилді Егер Y - пен Z - негізділіктері ұқсас болса, кейбір ацилді орынбасу аралық тетраэдрлік молекуладан Y - жəне екіншісінен Z - бөлінеді. Реакция аяқталғанда қайтадан өнім мен реагент түзіледі. Біз бұдан карбон қышқылдары туындыларының реакциялары жайлы келесідей қорытынды жасаймыз: карбон қышқылдарының туындылары реагенттің ацил тобына қосылған топпен салыстырғанда тетраэдрлік аралық өнімге қосылған топтың негізділігі төмен болса, нуклеофилді ацилді орынбасу реакциясына түседі. оқулық: нуклеофилді орынбасу реакциясының бос энергетикалық диаграммасы ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ HCІ рк а мəні 7; СН 3 ОН рка 15,5. Ацетил хлоридтің СН 3 О - реакциясының өнімі қандай қосылыс түзіледі? Реакция өнімінің қандай қосылыс болатындығын анықтау үшін, біз осы екі топтың қайсысының тетраэдрлік аралық өнімнен бөлінетінін білу үшін олардың негізділігін салыстыруымыз керек. Себебі, СН 3 ОН-мен салыстырғанда HCІ күшті қышқыл, СН 3 О - СІ - -пен салыстырғанда СІ - ионы əлсіз негіз. Сондықтан реакция өнімі метилацетат болады. 19

20 ацетил хлорид метилацетат Енді 5-жаттығуға ауысайық. 5-ЖАТТЫҒУ а. HCІ рк а мəні -7; H 2 O рк а мəні 15,7. Ацетил хлоридтің НО - пен реакциясынан қандай өнім түзіледі? ə. NH 3 рк а мəні 36; Н 2 О рк а мəні 15,7. Ацетамидтің НО - пен реакциясынан қандай өнім түзіледі? 11.6 КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ МЕН КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ САЛЫСТЫРМАЛЫ РЕАКЦИЯЛЫҚ ҚАБІЛЕТТІЛІКТЕРІ Біз нуклеофилді ацилдеу реакциясының: аралық тетраэдрлік өнімнің түзілуі мен оның үзілуі арқылы жүретін екі сатысын көрдік. Ацил тобына қосылатын негіз əлсіз болса, реакцияның екі сатысы да жүреді. Басқаша сөзбен айтқанда, карбон қышқылы туындыларының реакциялық қабілеттіліктері ацил тобына қосылған орынбасардың негізділігіне байланысты: Орынбасардың негізділігі неғұрлым төмен болса карбон қышқылдары туындыларының реакциялық қабілеттіліктері жоғары болады. (Бірінші класс қосылыстарынан бөлінетін топтары бар карбонилді қосылыстардың қосарланған карбон қышқылдарының рк а мəні 11.1-кестеде көрсетілген). бөлінетін топтың салыстырмалы негізділігі Негіз əлсіз болса, кететін топ жеңіл бөлінеді Салыстырмалы реакциялық қабілеттілігі: хлорангидрид > эфир ~ карбон қышқылы > амид карбон қышқылы туындыларының салыстырмалы негізділігі 20

21 11.1-кесте. Карбонилді қосылыстардан бөлінетін топтары бар қосарланған карбон қышқылдарының рк а мəні Бөлінетін тобы бар Карбонилді Бөлінетін қосарланған рк қосылыстар топ а мəні қышқылдар Қосылыстардың І түрі Қосылыстардың ІІ түрі Ацил тобымен байланысқан негіз əлсіз болса, реакцияның бірінші сатысы қалай жүреді? Əлсіз негіз біршама электр терісті (2.6-бөлім). Сондықтан мұндай индуктивті карбонилді көміртегінен электронды бөлу жеңіл жəне электронның бөлінуі мүмкіндігі артып, карбонилді көміртегі нуклеофилді шабуылға қолайлы болады. индуктивті электронның Y - бөлінуі карбонилді көміртегінің электрофилділігін арттырады 21

22 Əлсіз негіз реакцияның екінші сатысында да ацил тобында болатындықтан электрофилді ацилдеу жеңіл жүреді, себебі, əлсіз байланыс түзетін əлсіз негіздер тетраэдрлік аралық өнім бұзылғанда жеңіл бөлінеді. Біз 11.5-тарауда ацилді нуклеофилді орынбасу реакциясында тетраэдрлік аралық өнімді түзетін нуклеофил реакциялық орталықтағы негізбен салыстырғанда əлсіз болу керек. Бұл карбон қышқылдарының туындылары реакциялық қабілеттіліктері біршама төмен қосылыстарға айналады дегенді білдіреді. Мысалы ацилхлорид, эфирге өзгеруі мүмкін, себебі, алкоксид ион, метоксид ионы сияқты хлорид ионымен салыстырғанда күшті негіз. Карбон қышқылдарының туындылары нуклеофилді ацилді орынбасу реакциясына түседі, реакцияға түсетін нуклеофил орнын басатын топпен салыстырғанда əлсіз негіз болуы керек. Бірақ та күрделі эфир, ацилхлоридке өзгермейді, себебі, хлорид ионы алкоксид ионына қарағанда əлсіз негіз. реакция жүрмейді 6-ЖАТТЫҒУ Нуклеофилді ацилді орынбасу реакциясының өнімі қандай болады? Карбон қышқылының жаңа туындысы, екі карбон қышқылы туындысының қоспасы, немесе реакция жүрмейді, егер келесі қосылыстардағы тетраэдрлік аралық өнімде жаңа топ болса. а. Реакциядағы топпен салыстырғанда біршама күшті негіз ə. Реакциядағы топпен салыстырғанда əлсіз негіз б. Реакциядағы топпен салыстырғанда негізділіктері бірдей 22

23 7-ЖАТТЫҒУ 11.1-кестедегі рка мəндерін пайдаланып келесі реакция өнімдерін анықтаңыздар: а. ə ХЛОРАНГИДРИДТЕРДІҢ РЕАКЦИЯЛАРЫ Хлорангидридтер, егер реакцияға қатысатын нуклеофил бөлінетін хлоридионмен салыстырғанда күшті негіз болса спирттермен əрекеттесіп күрделі эфирлер, сумен əрекеттесіп карбон қышқылдарын, аминдермен əрекеттесіп амидтер түзеді. хлорлы ацетил метилацетат бутирил хлориді бутан қышқылы пропионил хлориді N-метилпропионамид хлорлы ацетил Карбон қышқылдарының барлық туындылары келесідей екі реакция механизмдері бойынша нуклеофильді ацилді орынбасу реакциясына түседі. Екі реакция механизмдерінің айырмашылығы тек нуклеофилдің бейтарап жəне зарядталмайтындығында ғана. 3-D молекула: Хлорлы бензоил 23

24 хлорлы ацетилдің күрделі эфирге ауысу реакциясының механизмі (бейтарап нуклеофил қатысында) нуклеофил карбонилді көміртегін шабуылдап аралық тетраэдрлік өнім түзеді. протон аралық тетраэдрлік ыдырайтын өнім түзеді тетраэдрлік ыдырайтын өнімнен əлсіз негіз бөлінеді. Егер нуклеофил теріс зарядталған болса, протонның диссоциациялану сатысының қажеті болмайды. хлорлы ацетилдің күрделі эфирге ауысу реакциясының механизмі (теріс зарядталған нуклеофил қатысында) нуклеофил карбонилді көміртегін шабуылдап аралық тетраэдрлік өнім түзеді. протон аралық тетраэдрлік ыдырайтын өнім түзеді. Тетраэдрлік аралық өнімнен əлсіз негіз бөлінеді Карбон қышқылдарының хлорангидридтері аминдермен əрекеттесіп амид түзу реакциясы, реакция өнімі ретінде түзілетін НСІ реакцияға қатысатын аминді протондайтындықтан аминнің екі есе артық мөлшерімен жүретіндігіне назар аударыңыздар. Протонданған амин нуклеофил емес, сондықтан ол хлорангидридпен реакцияға түспейді. Аминнің екі есе артық мөлшерін пайдалану протонданбаған аминнің хлорангидридтпен толық əрекеттесуіне мүмкіндік береді. 8-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Хлорлы ацетилдің этиламин жəне пропиламинмен қоспасынан екі амид алынды. Амидтерді анықтаңыздар? 24

25 Шешімі: Екі амин де хлорлы ацетилмен реакцияға түседі, сондықтан реакция нəтижесінде N- этилацетамид жəне N-пропилацетамид түзіледі. N-этилацетамид N-пропилацетамид 9-ЖАТТЫҒУ Келесі реакциялардың механизмдерін көрсетіңіздер: а. хлорлы ацетилдің сумен əрекеттесіп сірке қышқылының түзілуі ə. хлорлы ацетилдің метиламинмен əрекеттесіп N метилацетамид түзілуі 10-ЖАТТЫҒУ Хлорлы ацетилден бастап келесі қосылыстарды алу үшін қандай нуклеофилді қолдануға болады? а. б. г. ə. в. ғ ЭФИРЛЕРДІҢ РЕАКЦИЯСЫ Эфирлер СІ - əрекеттеспейді, себебі ол күрделі эфирдің бөлінетін тобымен салыстырғанда біршама əлсіз (11.1-кесте). Күрделі эфирлер сумен əрекеттесіп карбон қышқылы жəне спирттер түзіледі. Бұл гидролиз реакциясына мысал бола алады. Гидролиз реакциясы бір қосылыстың сумен əрекеттесіп екі жаңа қосылысқа өзгеру реакциясы (грекше lуsis- "ыдырау" ). Гидролиз реакциясы метилацетат сірке қышқылы 25

26 Күрделі эфир спиртпен əрекеттесіп жаңа күрделі эфир мен спирт түзеді. Бұл спиртпен реакцияласып екі жаңа қосылыс түзетін алкоголиз реакциясына мысал бола алады. Осындай бір күрделі эфирдің екінші күрделі эфирге өзгеруімен жүретін алкоголиз реакциясын қайта этерификациялау деп атайды. қайта этерификациялау реакциясы метил бензоат этил бензоат Эфирдің гидролиз жəне алкоголиз реакциялары өте баяу жүреді, себебі, спирт те су да əлсіз нуклеофил жəне эфирлер əлсіз негіз түрінде бөлінетін топ. Сондықтан бұл екі реакция да катализатор қатысында жүреді. Яғни күрделі эфирдің гидролизі мен алкоголизі қышқыл катализаторы қатысында жүреді ( бөлім). Сондай-ақ күрделі эфирлер аминдермен əрекеттесіп амидтер түзеді. Бір қосылыстың аминдермен əрекеттесіп, жаңа екі қосылыс түзу реакциясы амонолиз деп аталады. амонолиз реакциясы этил пропионат N-метил пропионамид Күрделі эфирдің аминмен реакциясы сумен жəне спиртпен салыстырғандағыдай баяу жүрмейді. Себебі, амин біршама күшті нуклеофил. Күрделі эфирдің аминмен реакциясына катализатор қажет болмағандықтан бұл тиімді реакция. Аминді протондайтын қышқыл мен протонданған амин нуклеофил емес, сондықтан ол күрделі эфирмен реакцияға түспейді. 26

27 ИМПУЛЬС ЕКІ ЖҮЙКЕ АРАСЫНДА БЕРІЛЕДІ Жасушадағы ацетилхолин деп аталатын күрделі эфир жасуша-реципиенттің жылдам импульсты қабылдауы үшін қажет. Ацетилхолинэстераза, оның гидролиз реакциясын катализдейтін CH 2 OH тобы бар фермент. Диизопропилфторфосфат (ДПФ) ацетилхолинэстеразаның CH 2 OH тобымен əрекеттесіп əбелсенділігін жоятын екінші дүние жүзілік соғыс кезінде қолданылған жүйке газы. Фермент белсенділігін жойған кезде жүйке импульсті бере алмайды да сал ауруы пайда болады. ДПФ өте улы. Оның ЛД 50 (тəжірибелік жануарлардың 50% үшін шекті) дене салмағына есептегенде тек 0,5 мг/кг. ДПФ Малатион жəне паратион инсектицид ретінде кеңінен қолданылады жəне ДПФ- пен байланысқан қосылыс. Малатионның ЛД м /кг. Паратион біршама улы, ЛД 50 2 мг / кг. малатион паратион БИО ЫДЫРАЙТЫН ПОЛИМЕРЛЕР Био ыдырайтын полимерлер дегеніміз реакция катализаторы ретінде фермент қатысында ұсақ бөліктерге ыдырайтын полимерлер. Реакцияға қатысатын ферменттер микроорганизмдерден бөлінеді. Полимердің көміртек-көміртегі байланысы бойынша тізбектің өсуі ферментпен катализденетін реакцияларда инертті болады. Сондықтан биоыдырамайтын полимерлер микроорганизмдер қалдықтары ретінде сақталып қалады. Полимерді биоыдыратушы əдіс оның құрамына күрделі эфирлі топтарды енгізу. Мысалы, ацетал тобын енгізуге болады (12.9-бөлім). Төменде алкенге күрделі эфирлі топты қосылып радикалды полимеризацияға ұшырауы көрсетілген (5.16-бөлім). Күрделі эфир тобы полимерге қосылып күрделі эфирдің ферментпен катализденетін гидролизіне ұшырайтын «əлсіз буын» түзеді. 27

28 11-ЖАТТЫҒУ Төмендегі əр реакция үшін механизмдерін жазыңыздар: а. метилпропионаттың катализатор қатысынсыз гидролизі ə. метиламин қатысындағы фенилформиаттың аминолиз реакциясы. 12-ЖАТТЫҒУ а. Төмендегі эфирлерді гидролизге реакциялық қабілеттіліктерінің азаюы бойынша орналастырыңыздар: ə. п-метилфенил эфирінің гидролизін жоғарыдағы эфирлердің гидролиз жылдамдығымен салыстырыңыздар. 12-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ а. Төмендегі эфирлерді гидролизге реакциялық қабілеттіліктерінің азаюы бойынша орналастырыңыздар: ə. п-метилфенил эфирінің гидролизін жоғарыдағы эфирлердің гидролиз жылдамдығымен салыстырыңыздар а-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Аралық жəне соңғы тетраэдрлік өнімдердің түзілуі электрон акцепторлы нитро орынбасары бар эфирлер жылдам жəне электрон донорлы метокси орынбасары бар эфирлер үшін жылдам жүреді. Аралық тетраэдрлік өнімнің түзілуі: электрон акцепторлық топ эфирдің нуклеофилдік шабуылға қабілеттілігін арттырса, донорлы орынбасар оның сезімталдығын төмендетеді. Соңғы тетраэдрлік аралық өнім: Электронның ауысуы қышқылдылықты арттырады, ал электронды беру қышқылдылығын төмендетеді (8.17-бөлім). Осылайша, күшті электрон акцепторлы тобы бар нитрофенол күшті электрон донорлы тобы бар пара-метоксифенолмен салыстырғанда күшті қышқыл. Сондықтан пара-нитрофеноксид ионы бөлінетін үш топтың ішіндегі əлсіз негіз жəне жеңіл бөлінетін топ. Ал параметоксифеноксид ионы күшті негіз жəне нашар бөлінетін топ. Сонымен,

29 12ə-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Метилді орынбасарлар бензол сақинасына электрондарын индуктивті береді, бірақ метокси орынбасармен салыстырғанда электрондарын аз мөлшерде береді (8.14-бөлім). Осылайша, метил-орынбасқан күрделі эфирдің гидролиз жылдамдығы орынбаспаған күрделі эфирдің гидролизімен салыстырғанда баяу жүреді, бірақ метокси-орынбасқан эфирлердің гидролизімен салыстырғанда жылдам жүреді. 13-ЖАТТЫҒУ Эфирлердің қайсысы гидролиз реакциясына біршама қабілетті болады? жəне 11.9 КҮРДЕЛІ ЭФИРЛЕРДІҢ ҚЫШҚЫЛ КАТАЛИЗАТОР ҚАТЫСЫНДАҒЫ ГИДРОЛИЗІ Біз эфирлердің гидролизі баяу жүретіндігін көрдік, себебі су əлсіз нуклеофил жəне эфирлер негіз ретінде бөлінетін топ. Гидролиз жылдамдығы қышқыл қатысында арттырылады. Қышқылды реакцияға қосқанда, алдымен қышқыл электрон тығыздығы жоғары, яғни негізділігі жоғары реагент (10.2-бөлім). Эфирлердің резонанстық құрылымы электрон тығыздығы жоғары атом карбонилді оттегі екендігін көрсетеді. Күрделі эфирдің қышқыл катализатор қатысында жүретін гидролиз механизмі төменде көрсетілген. 29

30 эфирдің қышқыл катализатор қатысындағы гидролиз механизмі қышқыл карбонилді оттегін протондайды. нуклеофил (H 2 O) протонданған карбонилді топтағы көміртегін шабуылдайды да, тротонданған аралық төртбұрышты (тетраэдрлік аралық өнім І) қосылыс түзеді. тетраэдрлік аралық өнім I оның протонданбаған түрімен (тетраэдрлік аралық өнім ІІ) тепе-теңдікте болады. тек тетраэдрлік аралық өнім ІІ немесе ОН жəне ОСН 3 топтары бар І аралық өнім протонданады. Бірінші жағдайда тетраэдрлік І аралық өнімнің риформингі (OH протонданған), ал екінші жағдайда төртбұрышты аралық ІІІ өнімнің түзілуі (OCH 3 протонданған). Төртбұрышты І аралық өнім ыдырап, Н 2 О СН 3 О - қарай бөлінеді (су əлсіз негіз) жəне эфир түзіледі. Аралық ІІ тетраэдрлік өнім ыдырағанда CH 3 OH НО - - тан бұрын бөлінеді (себебі CH 3 OH əлсіз негіз) жəне карбон қышқылы түзіледі. Себебі, Н 2 О мен СН 3 ОН негізділігі бірдей, бұл төртбұрышты аралық І өнім түзіледі де, эфирге өзгереді. Ал аралық ІІІ тетраэдр түзіліп, ары қарай карбон қышқылына өзгереді. Сонда реакция тепе-теңдікке жеткенде, реакция ортасында күрделі эфир мен карбон қышқылдары тең мөлшерде болады. 30

31 Енді қышқыл катализатор ретінде күрделі эфирдің гидролиз жылдамдығын қалай арттыратындығын қарастырайық. Қышқыл катализатор рөлін атқарады. Катализатордың реакция жылдамдығын арттыратын, бірақ реакцияға қатыспайтын жəне өзгермейтіндігін естеріңізге саламыз (4.8-бөлім). Катализатор реакция жылдамдығын реакцияның баяу сатысында арттыру керек. Себебі, реакцияның жылдам сатысы реакцияның жалпы жылдамдығына əсер етпейді. Реакция механизмінің екі баяу сатысы бар: аралық тетраэдрлік өнімнің түзілуі жəне ыдырауы. Қышқыл екі баяу сатының жылдамдығын арттырады. Қышқыл аралық тетраэдрлік өнімнің түзілу жылдамдығын карбонилді оттегін протондау арқылы арттырады. Протонданған карбонилді топ протонданбаған карбонилді топпен салыстырғанда нуклеофильдің шабуылына сезімтал болады. Сондықтан оң зарядталған оттегі атомы бейтарап оттегіне қарағанда біршама электрон акцепторлы. Оттегінен электрондардың көп бөлінуі карбонилді көміртегін біршама электронға тапшы етіп, оның нуклеофилге бейімділігін арттырады. Карбонилді оттегін протондау карбонилді көміртегінің нуклеофилді шабуылына сезімталдығын арттырады нуклеофилдің шабуылына бейімділігі жоғары нуклеофилдің шабуылына бейімділігі төмен Қышқыл бөлінетін топ жылдам кететіндіктен негізділігін төмендету арқылы аралық тетраэдрлік өнімнің ыдырау жылдамдығын арттырады. Күрделі эфирдің қышқыл катализаторы қатысындағы гидролизіндегі CH 3 OH бөлінетін топ жəне катализатор қатысынсыз жүретін реакциядағы бөлінетін топпен (CH 3 O - ) салыстырғанда əлсіз негіз. Қышқыл катализатор карбонилді топтың реакциялық қабілеттілігін арттырады 31

32 Қышқыл катализатор кететін топты жеңіл бөледі АСПИРИН Аспирин дəрі ретінде ертеден қолданылады жəне табиғатта ива тамыры мен мирт жапырағында кездеседі. Біздің эрамымызға дейінгі бесінші ғасырда Гиппократ ива ағашының емдік қасиеттері туралы жазған. Аспириннің емдік əсері оның жəне туындыларының СҚҚА (стероидты емес қабынуға қарсы агент) простагландин синтезіне кедергі жасайтын қайта этерификациялау реакциясына негізделген қабынуға жəне безгек ауруына қарсы белсенділігі анықталғанда 1971 жылға дейін белгілі болған. Простагландиндер бірнеше биологиялық қызмет атқарады. Бірі қабынуды реттеу жəне екіншісі безгекті тудырады. Простагландин синтетаза ферменті арахидон қышқылының барлық простагландиндер жəне онымен байланысқан тромбоксандардың алдыңғы өнімі ПГН 2 өзгеруін катализдейді. простагландин синтезі простагландии арахидон қышқылы тромбоксан Простагландин синтетаза екі ферменттен тұрады. Оның бірі циклооксигеназа ингибиторында ферменттік белсенділік үшін қажет CH 2 OH тобы бар. CH 2 OH тобы аспиринмен қайта этерификациялау реакциясына түсіп, ферменттің белсенділігін жояды. Фермент белсенділігін жойғанда простагландиндер синтезделмейді жəне безгек қанның ұюына қатысатын тромбаксан арқылы синтезделетін қосылыстың түзілуін тежейді. Осының нəтижесінде қандағы аспирин мөлшері аз болады. Қанның ұюы нəтижесінде болатын жүрек ұстамасы ауруын азайту мəселесі туындайды. Міне, сондықтан дəрігерлер аспиринді қанның ұюуына қарсы ота жасар алдындағы күндерде қабылдауға болмайтындығын ескертеді. қайта этерификациялау ацетилсалицилат фермент ацетилденген фермент салицилат аспирин белсенді белсенді емес Аспирин ПГН 2 түзілуін ингибирлейтіндіктен, ол СҚҚА сияқты ибупрофенді (Адвил, мотрин жəне нурпиндегі белсенді ингредиент) жəне напроксенді (Аливтің белсенді ингредиенті), сондай-ақ простагландиндер синтезін ингибирлейді. 32

33 ибупрофен напроксен Аспирин мен СҚҚА қалыпты физиологиялық жағдайда пайда болатын жəне стреске жауап беретін простагладиндер туындысы синтезін ингибирлейді. Простагландиндердің бірі асқазандағы қышқылдылықты реттейді, сондықтан простагландин синтезі тоқтайды да асқазанның қышқылдылығы қалыпты деңгейден артады. Целебрекс тек ферментті ингибирлейтін (циклооксигеназ-2) простагландинге стреске жауап беруін қамтамасыз ететін біршама жаңа препарат. Осылайша, енді қабыну процестерін қосымша зиянды эффектілер қатысынсыз емдеуге болады. Бұл препарат СОХ-2 деген атпен белгілі. целебрекс 14-ЖАТТЫҒУ Қышқыл катализаторы қатысындағы келесі эфирлердің гидролизі нəтижесінде қандай өнімдер түзіледі? а. ə. 15-ЖАТТЫҒУ Циклді эфирдің қышқыл катализаторы қатысындағы гидролизінен қандай өнім алынады? Қайта этерификациялау Қайта этерификациялау эфирдің спиртпен қышқыл катализатор қатысындағы реакциясы. Қайта этерификация реакциясының механизмі күрделі эфирдің гидролизі механизміне ұқсас. Айырмашылығы тек нуклеофил ретінде Н 2 О орнына ROH 33

34 қолданылады. Күрделі эфирдің гидролиз реакциясындағыдай қайта этерификациялаудағы тетраэдрлік аралық өнімнен бөлінетін екі топтың негізділіктері бірдей болады. Реакция тепе-теңдік күйге жеткенде екі эфир де бірдей мөлшерде болады. метилацетат пропил спирті пропил ацетат метил спирті 16-ЖАТТЫҒУ Келесі реакция өнімін атаңыздар: 17-ЖАТТЫҒУ Метиацетаттың этил спиртімен қышқыл катализаторы қатысындағы этерификациялау реакциясының механизмін жазыңыздар. қайта САБЫН. ЖУҒЫШ ЗАТТАР ЖƏНЕ МИЦЕЛЛАЛАР Майлар дегеніміз глицериннің үш эфирлері. Глицеринде үш спирттік топ бар, сондықтан олар үш күрделі эфирлі топтар түзеді. Майдың күрделі эфирлі тобы сілтілі ортада гидролизденгенде, глицерин мен R топтары бар тармақталмаған ұзын тізбекті карбоксилат иондары арасындағы байланыс үзіліп, жоғарғы карбон қышқылдары түзіледі. Тізбектелмеген ұзын тізбекті карбон қышқылдары майлардан алынатындықтан, жоғарғы май қышқылдары деп аталады. Біз 19.1-бөлімде сұйық май мен қатты май арасындағы айырмашылықты май қышқылдарының құрылысынан көреміз. 34 қатты май немесе сұйық май глицерин май қышқылдарының натрий тұзы, сабын Сабын дегеніміз жоғарғы май қышқылдарының натрий немесе калий тұздары. Осылайша, сабынды қатты немесе сұйық майлардың сілтілік гидролизі

35 нəтижесінде алады. Сілтілік ерітіндідегі күрделі эфирдің гидролизін сабындану (латынша, «сабын» SAPO) деп атайды. Сабынның көп таралған үш түрі бар: натрий стеараты натрий олеаты натрий линолеаты Ұзын тізбекті карбоксилат иондары сулы ерітіндіде жеке ион түрінде болмайды. Мұның орнына, олар 11.2-суретте көрсетілгендей мицелла деп аталатын шар түрінде жинақталады. Əр мицеллада үлкен шарды еске түсіретін ұзын тізбекті карбоксилат иондары болады: карбоксилат иондарының əрқайсысының полюсті жағы аттас иондармен бірге суға тартылатындықтан, шардың сыртқы жағында орналасады. Ал полюссіз жағы олардың сумен түйісуін азайту үшін шардың ішкі жағында қалады. Сабынның тазартқыш қасиеті бар, себебі мұнайдың кірленген полюссіз молекулалары мицелланың полюссіз ішкі жағында ериді де, мицелладан шайған кезде жуылады. Мицелланың беткі жағы теріс зарядталғандықтан, мицелланың жеке молекулалары тұтас ірі агрегатқа бірікпей, керісінше бір-бірінен тебіседі. Құрамында калций мен магнийдің концентрациясы жоғары болатын «кермек» суда мицеллалар агрегат түзеді. Сондықтан кермек суда сабын біз білетін «сабын көпіршіктері» деп аталатын тұнба түзеді. Кермек судағы сабын көпіршіктерінің түзілуі кальций жəне магний иондарымен қақтығысқанда көбік түзбейтін, сабынның тазалағыш қасиеті бар синтетикалық заттарды іздестіруге əкелді. Жуғыш заттар деген атпен белгілі (detergere латынша «жуу») синтетикалық «сабын» бензолсульфоқышқылының тұздары негізінде алынған. Бензолсульфоқышқылдардың кальций жəне магний тұздары кешендер түзбейді. бензолсульфоқышқылы жуғыш заттар 35

36 полюсті топ 11.2-сурет Сулы ерітіндіде сабын молекулалары мицелла түзеді. Сабын молекуласынан полюсті жағы (карбоксилат тобы) беткі қабатта сыртқы мицеллалар түзеді; полюссіз жағы мицелланың ішін кеңейтеді. Жуғыш заттарды алғаш рынокқа енгізгенде, олардың түзу тізбекті алкил тобы бар түрінің биоыдырайтындығы анықталған. Ал тармақталған тізбекті алкил тобы бар тобы биоыдырамайтын заттар. САБЫН ЖАСАУ Мыңдаған жылдар бойы сабынды жануар майын ағаш күлімен қыздыру арқылы алған. Себебі күлдегі калий карбонаты ерітіндіге негіздік орта береді. Заманауи коммерциялық əдіспен сабын дайындау үшін майды натрий гидроксидінің сулы ерітіндісінде қайнатады. Содан кейін сабынды тұндыру үшін натрий хлоридін қосады да, кептіреді жəне престейді. Иіс сабындар алу үшін сабынға хош иісті заттарды, түсті сабындар алу үшін бояғыштар қосады. Ал сабынды сəндеу үшін құм қосады. Сабын суда қалқып жүруі үшін оның құрамында ауа үрленеді. 36

37 Сабын жасау 18-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Кокос жаңғағынан алынған май құрамына кіретін үш компонентпен май қышқылдарының бірдей болуымен ерекшеленеді. Майдың молекулалық массасы C 45 H 86 O 6. Майдың сабындануы нəтижесінде алынған карбоксилат ионының молекулалық формуласы қандай? Шешімі Майды сабындандырғанда ол глицерин мен үш эквивалент карбоксилат ионын түзеді. Май глицериннен бөлінгенде үш көміртегі атомы мен бес сутегі атомын бөлінеді. Сонда үш эквивалент карбоксилат ионының молекулалық формуласы C 42 H 81 O 6. Карбоксилат ионын үшке бөлсе молекулалық формуласы C 14 H 27 O 2 болады КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ РЕАКЦИЯСЫ Карбон қышқылдары нуклеофилді ацилдеу реакциясына тек қышқылды формада түседі. Карбон қышқылдарының негіздік формалары нуклеофилді орынбасатын ацилдеу реакциясына түспейді. Сондықтан карбоксилат иондарының амидтермен салыстырғандағы нуклеофилді ацилдеу реакциясына қабілеттіліктері төмен. сірке қышқылы 37

38 нуклеофилді ацилдеу реакциясындағы салыстырмалы реакциялық қабілеттіліктер Карбон қышқылдарының реакциялық қабілеттіліктері күрделі эфирлермен бірдей. Себебі, карбон қышқылдарынан бөлінетін НО - топтың негізділігі күрделі эфирлерден бөлінетін RO - тобының негізділігіне ұқсас. Сондықтан күрделі эфирлер сияқты карбон қышқылдары сияқты хлорид иондармен əрекеттеспейді. Карбон қышқылдары спирттермен əрекеттесіп күрделі эфирлер түзеді. Реакция тек катализатор қатысында ғана емес, карбон қышқылының қышқылдық формасы сақталып нуклеофилмен əрекеттесетіндей қышқылдық ортада жүреді. Карбон қышқылы мен спирттің қышқыл катализаторы қатысындағы күрделі эфир мен су түзу реакциясының механизмі күрделі эфирдің қышқыл катализаторы қатысында карбон қышқылы мен су түзу реакциясының механизміне кері бағытта жүреді (11.9-бөлім). Бұл реакцияда түзілетін тетраэдрлік аралық өнімнен бөлінетін негізділіктері бірдей екі потенциалдық топ болғандықтан, реакция тепе-теңдік күйге жеткенде карбон қышқылы мен күрделі эфир тең мөлшерде болады. Күрделі эфир карбон қышқылы мен спирттің катализатор қатысында əрекеттесуінен түзілетіндігін алғаш рет Эмиль Фишер ашқан, сондықтан реакция Фишер этерификациясы деп аталады (15.8-бөлім). сірке қышқылы метил спирті метил ацетат Карбон қышқылдары аминдермен нуклеофилді ацилдеу реакциясына түспейді. Карбон қышқылдары қышқыл жəне амин негіз болғандықтан, екі қосылысты араластырғанда карбон қышқылы аминге бірден протонын береді. Алынған аммоний карбоксилаты реакцияның соңғы өнімі. Карбоксилат ион инертті жəне протонданған амин нуклеофил емес. оқулық: тепе-теңдіктегі өзгерістер аммоний карбоксилаты 38

39 19-ЖАТТЫҒУ Галогенангидридтің спиртпен реакциясынан келесі күрделі эфирлердің қайсысы синтезделеді: а. метилбутилат (алманың иісі) ə. октилацетат (апельсин иісі) 20-ЖАТТЫҒУ Метилацетаттың қышқыл катализаторы қатысындағы реакция механизміне сүйене отырып реакция механизмдерін жазыңыздар: сірке қышқылы мен метил спиртінің қышқыл катализатор қатысындағы метилацетаттың түзілу реакциясын қисық меңзермен көрсетіңіздер. 21-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Карбон қышқылының екі молекуласынан судың бөлінуі нəтижесінде қышқыл ангидридтері түзіледі. Қышқыл ангидридтері карбон қышқылдарының ОН тобы карбоксил тобына алмасқан туындылары. Осылайша, карбоксил тобы қышқыл ангидридтерінен бөлінетін топ болады. Қышқыл ангидридтерінің келесі қосылыстармен реакция өнімдері қандай болады? а. Спирт ə. Амин 21а-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ 21а-жаттығу шешімі Қышқыл ангидриді спиртпен əрекеттескенде аралық тетраэдрлік өнімнен бөлінетін потенциалдық екі топ олкарбоксилат ион мен алкоксид ионы. Карбоксилат ионы əлсіз негіз. Сондықтан реакция өнімі эфир мен карбон қышқылы болады. ангидрид спирт эфир карбон қышқылы АМИДТЕРДІҢ РЕАКЦИЯСЫ Амидтер инертті қосылыстар, сондықтан өзара амидтік байланыстар арқылы байланысқан амин қышқылдарынан тұратын ақуыздың биологиялық құрылым беретіндігі түсінікті де (16.0-бөлім). Амидтер хлорид иондармен, спирттермен немесе сумен əрекеттеспейді, себебі əр жағдайда да нуклеофил бөлінетін амид тобына қарағанда əлсіз негіз (11.1-кесте). 3-D молекула: Лимон қышқылы, лимон ангидриді 39

40 N-пропилацетамид реакция жүрмейді реакция жүрмейді N-метилбензоамид реакция жүрмейді N-этилпропанамид Бірақ амидтер, егер реакциялық қоспаны қышқыл қатысында қыздырса сумен де, спиртпен де əрекеттеседі. Оның себебі келесі бөлімде түсіндіріледі. N-этилацетамид N-метилбензоамид ацетамид ЖАТТЫҒУ Ацил хлоридпен аминнен келесі қосылыстардың қайсысы синтезделеді? а. N-этилбутанамид ə. N,N-диметилбензамид

41 23-ЖАТТЫҒУ Келесі реакциялардың қайсысынан амид түзіледі? ҰЙЫҚТАТАТЫН ТАБИҒИ ДƏРІЛЕР Мелатонин, табиғи амид, триптофан амин қышқылынан қалқанша безінде синтезделетін гормон. Мелатонин біздің миымызда ұйықтау мен дем алу циклі сияқты жарық-қараңғы уақытты, дене температурасын жəне гормондардың түзілуін реттейді. триптофан амин қышқылы мелатонин Мелатониннің деңгейі кешкі уақыттан түнге дейін артады да, таңға жақын қайтадан төмендейді. Егер адамдарда мелатониннің мөлшері жоғары болса ұзақ ұйықтайды. Қандағы гормонның концентрациясы 6 жасқа дейінгі балаларда 80 жастағы адамдармен салыстырғанда 5 есе көп болады. Сонда жас адамдарда үлкен адамдарға қарағанда ұйқысыздық көп кездеспейді. Мелатонинді ұйқысыздықты емдеуде, биоырғақ бұзылғанда жəне мезгілдік аффективті мазасыздықты емдеуде қолданады ҚЫШҚЫЛ КАТАЛИЗАТОРЫ ҚАТЫСЫНДАҒЫ АМИДТЕР ГИДРОЛИЗІ Қышқыл катализаторы қатысында жүретін амидтер гидролизінің механизмі қышқыл қатысындағы күрделі эфирдің гидролизіне ұқсас (11.9-бөлім). 41

42 Қышқыл катализаторы қатысында жүретін амидтер гидролизінің механизмі Қышқыл карбонилді оттегін протондайды, карбонилді көміртегінің нуклеофилді шабуылға бейімділігі артады. судың карбонилді көміртегіне нуклеофилді шабуылы І аралық тетраэдрдің түзілуіне əкеледі. Ол протонданбаған ІІ аралық тетраэдрлік формамен тепе-теңдік күйде болады. ІІ аралық тетраэдрлік форманың қайта протондануы оттегі арқылы жүріп ІІ аралық тетраэдрдің түзілуіне немесе азот арқылы протонданып, ІІ аралық тетраэдрлік форманың түзілуіне əкеледі. Азот арқылы протондану қолайлы, себебі NH 2 тобы ОН тобына қарағанда күшті негіз. ІІ аралық тетраэдрлік өнімнен бөлінуі мүмкін екі топтан (ОН - немесе NH 3 ) NH 3 əлсіз негіз, сондықтан соңғы өнім ретінде карбон қышқылының түзілуі мүмкін емес. Реакция қышқылдық ортада жүргізілетіндіктен NH 3 аралық тетраэдрлік өнімнен бөлінгеннен кейін протонданады. Бұл нуклеофил болмағандықтан кері реакция жүрмейді. Енді бір уақыт амидтің не себепті катализатор қатысынсыз гидролизге ұшырамайтындығын түсінейік. Катализатор қатысынсыз жүретін реакцияда амид протонданбайды. Себебі, біріншіден, су протонданған амидпен салыстырғанда нуклеофилдің шабуылына бейімділігі төмен бейтарап амидті шабуылдау үшін əлсіз нуклеофил. Екіншіден аралық тетраэдрден бөлінетін NH 2 тобы катализатор қатысынсыз жүретін реакцияда протонданбайды. Сондықтан аралық тетраэдрлік 42

43 өнімнен ОН - тобы бөлінеді. ОН - тобы NH 2 тобымен салыстырғанда əлсіз негіз. Нəтижесінде қайтадан амид түзіледі. Амидтер қышқыл қатысында спирттермен, қышқыл қатысындағы сумен əрекеттесу реакциясы жағдайындағыдай əрекеттеседі (42-бет). Тек екі реакция механизмдерінің айырмашылығы бірінші жағдайда нуклеофил су, ал екінші жағдайда спирт болады. ПЕНИЦИЛЛИН ЖƏНЕ ДƏРІЛЕРДІҢ ТҰРАҚТЫЛЫҒЫ Пенициллин төрт мүшелі сақиналы амид. Сақинадағы кернеу амидтің реакциялық қабілеттілігін арттырады. Пенициллин бактерияның жасуша қабырғасының синтезделуіне қатысатын ферменттің СН 2 ОН тобын ацил тобына алмастыруы арқылы антибиотиктік əсер көрсетеді. Бұл ферменттің белсенділігін жояды жəне жасушаның қабырғасын синтездеуге қатысатын белсенді түрде өсіп келе жатқан бактерияларды синтездеуге қабілетсіз болғандықтан жойылады. Пенициллин ұсақ қоректілерге əсер етпейді, себебі ұсақ қоректілердің жасушалары жасуша қабырғаларында емес. Пенициллинді төрт мүшелі сақинаның гидролизін болдырмау үшін төменгі температурада сақтайды. фермент пенициллин фермент белсенді белсенді емес Пенициллинге төзімдік бактерия пенициллиннің төрт мүшелі сақинасы гидролизін катализдейтін пенициллиназа ферменті. Сақина ашылғанда түзілетін пенициллин қышқылы бактерияға қарсы əсер көрсетпейді. пенициллиназа пенициллин пенициллин қышқылы 43

44 ПЕНИЦИЛЛИННІҢ КЛИНИКАДА ҚОЛДАНЫЛУЫ Қазіргі уақытта пенициллиннің 10-нан астам түрі клиникада қолданылады. Олар бір-бірінен тек карбонил тобына қосылған (R) топтары арқылы өзгешеленеді. Олардың кейбіреуі төменде көрсетілген. Олардың құрылысының өзгешеліктерінен басқа, пенициллиндер организмге əсер ету түрлерімен ерекшеленеді. Сондайақ олар өздерінің пенициллиназа ферментіне сезімталдығымен де ерекшеленеді. Мысалы, синтетикалық пенициллин ампициллин 11.4-тарауда қарастырылған G пенициллинге төзімді бактерияға қарсы клиникалық тиімді. Адамдардың 19%-ының G пенициллинге аллергиясы бар. Г пенициллин ампициллин амоксиллин оксаллин клоксаллин О пенициллин В пенициллин V пенициллині клиника тəжірибесінде қолданылатын жартылай синтетикалық пенициллин. Бұл табиғатта кездеспейтін, шынайы синтетикалық пеницллин емес. Себебі, химиктер оны синтездемейді. Пенициллинум көгі 2-феноксиэтанолдың бүйір тізбегіне пеницилинді енгізу арқылы синтездейді. 2-феноксиэтанол V пенициллин КАРБОН ҚЫШҚЫЛЫ ТУЫНДЫЛАРЫНЫҢ СИНТЕЗІ Бұл тарауда сипатталған хлорангидридтер, күрделі эфирлер, карбон қышқылдары мен амидтер сияқты əр түрлі карбонилді қосылыс кластарының ішіндегі кең таралғаны - карбон қышқылдары. Біз карбон қышқылдарының нуклеофилді ацилдеу реакциясына біршама инертті екендігін көрдік, себебі карбон қышқылдарының ОН топтары күшті негіз жəне нашар бөлінетін топ. 44

45 Сондықтан нуклеофилді ацилдеу реакциясына жеңіл түсетіндей карбон қышқылдарының белсенділігін арттыратын əдіс қажет. Хлорангидридтер карбон қышқылдарының біршама реакцияға қабілетті туындылары жəне хлорангидридтерге нуклеофил қосу арқылы карбон қышқылдарының басқа туындыларын да синтездеуге болады. Сондықтан химик-органиктер карбон қышқылдарын хлорангидридтер арқылы түр өзгерістерге ұшыратады. Карбон қышқылдары хлорангидридтерге хлорлы тионилмен (SOCl 2 ) қыздыру арқылы ауысады. Бұл реагент ОН тобын СІ атомына алмастырады. сірке қышқылы хлорлы тионил хлорлы ацетил Хлорангидридтер арқылы нуклеофил қосу арқылы күрделі эфирлерді, амидтерді синтездеуге болады (11.7-бөлім). эфир Амид 24-ЖАТТЫҒУ оқулық: карбон қышқылы туындыларының бір-біріне түрлену Карбон қышқылдарынан келесі қосылыстарды қалай синтездеуге болады? а. ə. 45

46 СИНТЕТИКАЛЫҚ ПОЛИМЕРЛЕР Синтетикалық полимерлер біздің күнделікте тіршілігімізде маңызды рөл атқарады. Полимерлер кішкентай молекула мономерлердің өзара байланысуы арқылы түзіледі. Біз тізбекті полимерлердің өсіп келе жатқан мономер тізбегінің соңына қосылуы арқылы пайда болатынын көрдік (5.16-бөлім). Синтетикалық полимерлердің екінші түрі тармақталған полимерлер мономер тізбегінің соңында реакцияға қабілетті функционалдық топтары арқылы түзіледі. Функционалдық топтар мономерлер арасында күрделі эфирлі немесе амидтік байланыстар түзеді. Нейлон мен лавсан тізбекті полимерлерге мысал болады. Нейлон полиамид, ал лавсан үрделі полиэфир. 6-амин гексан қышқылы нейлон-6 полиамид диметил терефталат 1,2-этандиол поли(этилентерефталат) этилен гликол Лавсан (күрделі эфир) Синтетикалық полимерлер металдарды, маталарды, əйнекті, керамика, ағаш жəне қағазды алмастырады. Бұл бізге табиғаттағыдан бөлек алуан түрлілігі, көп материалдарды алуға мүмкіндік береді. Адам қажеттілігіне байланысты полимерлердің жаңа түрлері де шығарылып отырады. Мысалы, кевлар мен лексан тізбекті полимерлердің жаңа түрлері. Кевлар құрышқа қарағанда берік материал. Ол жылдам жүгіруге арналған шаңғылар мен бронежилеттер жасауда қолданылады. 1,4-бензол дикарбон қышқылы 1,4-диаминобензол кевлар Лексан бағдаршам көзі мен компакт-дискілер дайындауда қолданылатын күшті жəне берік полимер. фосген бисфенол А 46

47 Лексан ТІГІСТЕРДІҢ ЕРУІ Дексон жəне поли диоксанон сияқты тігістері еритін синтетикалық полимерлер қазіргі уақытта хирургияда қолданылады. Олардың құрамындағы көптеген эфир топтары кіші молекулаларға дейін баяу гидролизденеді де, соңынан денеден жеңіл бөлінетін топтарға дейін ыдырайды. Осының нəтижесінде науқастарға бұрынғыдай ота жасаудан кейін жіптерді алу үшін екінші рет медициналық процедураға бару қажет болмайды. Дексон ПДС Құрылымына байланысты мұндай синтетикалық тігістер 2-3 аптадан кейін өздерінің беріктігінің 50%-ын жойып, 3-6 айда толық сіңіп кетеді НИТРИЛДЕР Нитрилдер құрамында функционалдық топтары бар қосылыстар. Нитрилдер карбон қышқылдарының туындыларына жатады, себебі олар басқа карбон қышқылдарының туындылары сияқты сумен реакцияға түсіп карбон қышқылдарын түзеді. Сондай-ақ, амидтермен салыстырғанда олардың реакциялық қабілеттіліктері төмен, бірақ сумен қышқыл қатысында қыздырса гидролизденеді. ацетонитрил 47

48 Нитрилдер атауы бастапқы алкандар атауына «нитрил» сөзі қосылып аталады. Нитрил тобындағы көміртегі атомындағы үш байланыс үздіксіз ұзын тізбектегі көміртегі атомдарын санауда ескерілетіндігіне назар аударыңыздар. жүйелік этан нитрил 5-метилгексан нитрил пропен нитрил жалпы ацетонитрил акрилонитрил Нитрилдер галогеналкандардың цианид ионымен S N 2 реакциясынан алынады. Содан кейін нитрилдерді карбон қышқылдарына дейін гидролиздеуге болады. Енді сіздер галоген алкандарды карбон қышқылдарына қалай түрлендіруге болатындығын білесіздер. Карбон қышқылдарында галогеналкандармен салыстырғанда бір көміртегі атомының артық болатындығына назар аударыңыздар. бромды этил цианид ионы пропан нитрил пропан қышқылы Нитрилдерден алкиндердің алкандарға дейін гидрлену реакциясы жағдайында біріншілік аминдер түзіледі (5.12-бөлім). оқулық: Карбон қышқылдары жəне олардың туындыларының жалпы терминдері пентан нитрил пентиламин 25-ЖАТТЫҒУ Қандай галогеналкандарды көрсетілген натрий цианидімен əрекеттестіріп, алынған өнімді сумен қышқылды ортада қыздырса, төмендегі қышқылдарыдың қайсысы түзіледі? а. май қышқылы ə. 4-метилпентан қышқылы ҚОРЫТЫНДЫ Карбонилді топта көміртегі атомымен оттегі арасында қос байланыс болады; ацилді топта карбонил тобына алкил немесе арил тобына қосылған. Галогенангидридтер, күрделі эфир, амидтер карбон қышқылдарының туындылары. Себебі, олар карбон қышқылдарынан ОН тобына алмастырылған топтың табиғаты арқылы ерекшеленеді. 48

49 Карбонилді қосылыстар екі класқа бөлінеді. Карбонилді қосылыстардың бірінші класында басқа топқа алмасатын топтар болады; карбон қышқылдары мен олардың туындылары осы класқа жатады. Карбонилді қосылыстардың ІІ түрінде басқа топқа алмасатын топтар болмайды; альдегидтер мен кетондар осы класқа жатады. Карбонилді қосылыстардың реакциялық қабілеттіліктері карбонилді топтың полюстілігіне байланысты; карбонилді көміртегі жартылай оң зарядталған, яғни нуклеофилге бейім болады. Карбонилді қосылыстардың І класс түрі реагент ацил тобындағы топтың орын алмастыратын нуклеофилді ацилдеу реакциясына түседі. Барлық І карбонилді қосылыс кластары нуклеофилмен əрекеттесіп, аралық тетраэдрлік өнім түзіп, карбонилді қосылыстан əлсіз негіз бөлінеді. Карбон қышқылдарының туындылары аралық тетраэдрлік өнімге қосылған топ реагенттен ацил тобына қосылған топпен салыстырғанда, əлсіз негіз болған жағдайда нуклеофилді ацилдеу реакциясына түседі. Ацил тобына қосылған негіз əлсіз болса, нуклеофилді ацилдеу реакциясы жеңіл жүреді. Нуклеофилді ацилдеу реакциясының салыстырмалы реакциялық қабілеттіліктері: хлорангидрид > эфирлер жəне карбон қышқылдары > амидтер > карбоксилат ионы. Гидролиз, алкоголиз жəне аминолиз су, спирт, аминдердің басқа қосылыстарға өзгеру реакциясы. Қайта этерификациялау реакциясында бір күрделі эфир екінші күрделі эфирге өзгереді. Карбон қышқылдарының спирттермен қышқыл катализаторы қатысында əрекеттесуі Фишер этерификациясы деп аталады. Гидролиз немесе алкоголиз жылдамдығын қышқыл қатысында арттыруға болады. Қышқыл карбонилді оттегін протондау арқылы аралық тетраэдрлік өнімнің түзілу жылдамдығын арттырады. Бұл карбонилді топтың электрофилділігін арттырып бөлінетін топтың негізділігі төмендеп, жеңіл бөлінеді. Амидтер инертті қосылыстар, бірақ реакциялық қоспаны қышқыл қатысында қыздырса сумен жəне спиртпен əрекеттеседі. Нитрилдер амидтерге қарағанда қиын гидролизденеді. Карбон қышқылдарының белсенділігі галогенангидридтерге ауыстырылуы арқылы арттырылады. РЕАКЦИЯЛАР ҚОРЫТЫНДЫСЫ 1. Галогенангидридтер реакциялары (11.7-бөлім). 49

50 2. Эфирлер реакциясы ( бөлімдер). 3. Карбон қышқылдарының реакциялары (11.11-бөлім). 4. Амидтер реакциялары (11,12 жəне 11,13-бөлімдер). 5. Карбон қышқылдарының белсенділігін арттыру (11.14-бөлім). 50

51 6. Нитрилдер гидролизі (11.15-бөлім). ЖАТТЫҒУЛАР 26. Келесі қосылыстардың құрылысын жазыңыздар: а. N,N-диметилгексанамид ə. 3,3-диметилгексанамид б. 3-метилпентаноил хлорид в. 2-бромгексан қышқылы г. натрий ацетаты ғ. пропионилхлорид 27. Келесі қосылыстарды атаңыздар: а. ə. б. в. г. ғ. д. е. ж. 28. Хлорангидридтің келесі реагенттермен реакциясы нəтижесінде қандай өнімдер түзіледі? а. су ə. диметиламиннің артық мөлшері б. анилиннің артық мөлшері в. циклогексанол г. 4-хлорфенол ғ. изопропил спирті 51

52 29. а. Келесі күрделі эфирлерді нуклеофилді ацилдеу реакциясының бірінші сатысындағы реакциялық қабілеттілігінің төмендеуі бойынша (аралық тетраэдрлік интермедиат) қатарға орналастырыңыздар: А Ə Б В ə. Берілген күрделі эфирлерді нуклеофилді ацилдеу реакциясының екінші сатысындағы реакциялық қабілеттілігінің төмендеуі бойынша (аралық тетраэдрлік интермедиаттың бұзылуы) қатарға орналастырыңыздар. 30. Бірінші əдіс бойынша спирттерден жəне екінші əдіс бойынша галогеналкандардан келесі күрделі эфирлерді алудың екі жолын көрсетіңіздер: а. пропилацетат (алмұрт иісі) ə. этилбутират (ананас иісі) б. изопентил ацетаты (банан иісі) в. метил фенилэтонат (балдың иісі) 31. Берілген эфир мен карбон қышқылының қайсысының қайнау температуралары жоғары болады? 32. Егер пропионилхлоридке метиламиннің 1 эквивалентін қосса, өнімнің тек 50%-ын N- метилпропанамид құрайды. Ал егер хлорлы ацетилдің 2 эквивалентін қосса N-метилпропанамидтің шығымы 100%. Осы құбылысты түсіндіріңіздер. 33. Метилпропанаттан келесі қосылыстарды алу үшін қандай реагенттерді қосады? а. изопропил пропанаты ə. натрий пропанаты б. N-этилпропанамид в. пропан қышқылы 34. Аспартам, коммерциялық Nutrasweet өнімдерінде қолданылатын сахарозадан 160 есе тəтті дəм беруші. Егер аспартамды НСІ сулы ерітіндісінде толық гидролиздесе қандай өнім түзіледі? аспартам 52

53 35. а. Көрсетілген қосылыстардың қайсысы карбонилді өнім бермейді? ə. Егер реакциялық қоспаға қышқыл катализаторды қосса, көрсетілген реакциялардан басқа қандай реакциялар жүруі мүмкін? 36. Келесі реакциядағы негізгі жəне қосымша өнімді атаңыздар: 37. Орыс химигі Д.Н. Курсанов келесі эфирлердің 1,0М натрий гидроксиді ерітіндісіндегі гидролизін зерттеген. Жəне реакция кезінде С-О алкилді байланыс емес С-О ацилді байланыстың үзілетіндігін дəлелдеген: а. 18 О үзілуінен қандай өнімдер түзіледі? ə. Егер алкилді байланыс болса, 18 О үзілуінен қандай өнімдер түзіледі? 38. Келесі реакция өнімдерін атаңыздар: а. б. ə. в. 53

54 39. Келесі реакция координата диаграммаларының қайсысы эфирдің хлоридионмен реакциясына тəн? а ə б Бос энергия Бос энергия Бос энергия реакцияның жүру бағыты реакцияның жүру бағыты реакцияның жүру бағыты 40. Метилацетат жəне фенилацетат эфирлерінің қайсысының реакциялық қабілеттілігі жоғары? 41. Келесі амидтерді қышқыл катализаторы қатысындағы гидролиз реакциясындағы реакциялық қабілеттілігінің төмендеуі бойынша қатарға орналастырыңыздар: А Ə Б В 42. Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер: а. ə. 43. Біріншілік жəне екіншілік аминдердің сулы ерітінділері хлорангидридтен əрекеттесіп негізгі өнім амид түзіледі. Егер үшіншілік аминнен амид түзілмейді. Сонда одан қандай өнім алынады? Түсіндіріңіздер. 44. Ацетамидтің қышқыл қатысындағы гидролизі қайтымды ма, қайтымсыз ба? Түсіндіріңіздер. 45. Келесі көрсетілген реакциялардан қандай өнімдер түзіледі? а. ə. 46. а. Карбон қышқылын қышқыл катализаторы қатысында судың изотобында (H 2 O 18 ) ерітсе, изотоп қышқылдың екі оттегіне ауысады. Реакция механизмін көрсетіңіздер. ə. Егер карбон қышқылын қышқыл катализаторы қатысында метанол изотобында (CH 3 18 OH) ерітсе, өнімде қандай өзгеріс болады? 54

55 12-ТАРАУ КАРБОНИЛДІ ҚОСЫЛЫСТАР ІІ АЛЬДЕГИДТЕР МЕН КЕТОНДАРДЫҢ РЕАКЦИЯСЫ. КАРБОН ҚЫШҚЫЛЫ ТУЫНДЫЛАРЫНЫҢ БАСҚА РЕАКЦИЯЛАРЫ ацетальдегид формальдегид ацетон 11-тарауда біз құрамында карбонил тобы (С=O) бар қосылыстар карбонилді қосылыстар екендігін, олардың екі топқа: нуклеофилге алмасатын тобы бар карбонилді қосылыстың І класы 3-Dмолекула: жəне нуклеофилге алмасатын тобы жоқ карбонилді қосылыстың ІІ формальдегид, класына бөлінетіндігін көрдік. ацетальдегид, Карбонилді қосылыстардың II түріне альдегидтер мен кетондар жатады. ацетон. Барлық альдегидтердегі карбонилді көміртегі атомы сутегімен жəне алкил тобымен (арил) байланысқан. Альдегидтер мен кетондарда басқа топқа алмасатын топтар болмайды, сондықтан гидрид ион (Н - ) мен карбанион (R - ) қалыпты жағдайда нуклеофил ығыстыратындай біршама негіз бола алады. 55

56 формальдегид альдегид кетон Альдегидтер мен кетондардың физикалық қасиеттері 11.3-бөлімде қарастырылған (сондай-ақ 1-қосымшаны қараңыздар). Табиғатта кездесетін көптеген қосылыстардың құрамында альдегидтер мен кетондардың функционалдық топтары бар. Альдегидтердің иісі өткір болса, керісінше кетондардың иісі жағымды болады. Ванилин мен қабық альдегиді табиғи альдегидтерге мысал бола алады. Ванилді экстрактының иісі сізге ванилиннің өткір иісін анықтауға мүмкіндік береді. Карвон мен камфора кетоны жалбыз жапырағының тəтті иісіне, тминнің дəні мен камфора ағашы жапырақтарының иісіне жауап береді. қабық альдегиді қабық иісі Ванилин камфор (R)-(-)-карвон (S)-(-)-карвон ванилин иісі жалбыз майы тмин дəнінің майы формальдегид ацетальдегид ацетон Адам организмінде ацетоацетатты көп, шектен тыс мөлшерде жинақталса, кетоздар диабет ауруының пайда болуына себеп болады. Ацетосірке қышқылының артық мөлшері ацетонға (кетон) жəне СО 2 айналады. Кетоздарды адам дем алғанда шығатын ацетон иісінен ажыратуға болады. ацетоацетан ацетон Биологиялық маңызы бар келесі көрсетілген екі кетонның айырмашылығы олардың биологиялық белсенділіктеріне жауап беретін құрылысында: прогестерон 56

57 жұмыртқада синтезделетін əйелдердің, ал тестостерон ер адамдардың жыныс гормоны. прогестерон əйелдің жыныс гормоны тестестерон ер адамның жыныс гормоны 12.1 АЛЬДЕГИДТЕР МЕН КЕТОНДАРДЫҢ НОМЕНКЛАТУРАСЫ Жүйелік номенклатура бойынша альдегидтер сəйкес алкандар атауына «аль» сөзі жалғанып аталады. Мысалы, бір көміртекті альдегид метаналь, екі көміртегі бар альдегид этаналь деп аталады. Карбонилді көміртегі шеткі жағында болады жəне І орын деп белгіленеді. жүйелік метаналь этаналь 2-бромпропаналь жалпы формальдегид ацетальдегид α-бромпропион альдегид Альдегидтердің номеклатурасы сəйкес карбон қышқылдарының атауларына ұқсас (11.1-бөлім), тек «қышқыл» сөзі «альдегид» сөзіне алмастырылады. Жалпы номенклатурада орынбасарлардың орны грек əріптерімен белгіленеді. Карбонилді көміртегі белгіленбейді, оның жанындағы келесі көміртегі α-көміртегі деп аталады. жүйелік 3-хлорбутаналь 2-метилбутаналь жалпы β-хлор май альдегиді изовалериан альдегиді Кетондардың номенклатурасы Жүйелік номенклатура бойынша кетондар сəйкес алкандар атауына «он» жалғауын жалғау арқылы аталады. Тізбек карбонилді көміртегі орналасқан жақтан 57

58 бастап нөмірленеді. Сақиналы кетондарда сақинадағы карбонилді көміртегі 1-орын деп нөмірленеді. Рационалдық номенклатура бойынша алдыменен карбонилді көміртегіне қосылған кіші орынбасардан бастап, содан кейін «кетон» сөзі қосып аталады. 3-D молекула: 3-метилбутанон-2; 2.4-диметилпентанон-3 жүйелік пропанон гексанон-3 6-метилгептанон-2 жалпы ацетон рационалдық диметилкетон этилпропилкетон изогексилметилкетон жүйелік циклогексанон бутадион пентадион-2,4 жалпы ацетилацетон Кетондардың кейбіреуі ғана жалпы (тарихи) номенклатура бойынша аталады. Ең кіші кетон пропанон тривиалды номенклатура бойынша ацетон деп аталады. Ацетон зертханада еріткіш ретінде жиі қолданылады. оқулық: альдегидтермен кетондардың номенклатурасы БУТАНДИОН: ЖАҒЫМСЫЗ ИІСТІ ҚОСЫЛЫС Жаңадан шыққан тердің иісі болмайды. Біз иісті үнемі терімізде болатын бактериялармен байланыстырамыз. Бұл бактериялар тердің компоненттерін бұзатын қышқылдық орта туғызатын сүт қышқылын бөліп шығарады. Нəтижесінде түзілген қосылыс қолтық пен аяқтан шығатын жағымсыз иісті береді. Осындай қосылыстардың бірі бутандион. 1-ЖАТТЫҒУ Не себепті пропанон жəне бутандиондағы функционалдық топтарды белгілеу үшін цифр қолданылмайды 2-ЖАТТЫҒУ Берілген қосылыстарды атаңыздар: а. ə. 58

59 3-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстарды екі түрлі номенклатурамен атаңыздар: а. б. ə. в КАРБОНИЛДІ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ САЛЫСТЫРМАЛЫ РЕАКЦИЯЛЫҚ ҚАБІЛЕТТІЛІКТЕРІ Біз құрамындағы оттегі атомының көміртегімен салыстырғандағы электр терістілігі жоғары болғандықтан қос байланыстағы электрондар үлесінің мөлшері көптігінен карбонилді топтың полюсті болатындығын көрдік (11.5-бөлім). Карбонилді көміртегіндегі жартылай оң заряд оның нуклеофилмен шабуылдануына мүмкіндік туғызады. Электронға тапшы карбонилді көміртегі аймағы электростатикалық потенциал картасында көк түспен боялған (324-бет). Альдегидтегі карбонилді көміртегіндегі жартылай оң заряд кетонмен салыстырғанда үлкен, себебі сутегі алкил тобымен салыстырғанда электрон акцепторлы (5.2-бөлім). Сондықтан альдегид кетонмен салыстырғанда нуклеофилдің шабуылына бейімдірек болады. Салыстырмалы реакцияға қабілеттілік формальдегид альдегид кетон 59

60 формальдегид ацетальдегид кетон Кеңістіктік фактор да альдегидтердің реакциялық қабілеттіліктерінің жоғары болуына əсер етеді. Альдегидтің карбонилді көміртегі кетонның карбонилді көміртегіне қарағанда нуклеофилдің шабуылына бейім келеді. Себебі альдегидтегі карбонилді көміртегімен байланысқан сутегі атомы, кетондағы карбонилді көміртегімен байланысқан алкилді радикалмен салыстырғанда кішірек болады. Осыған байланысты карбонилді көміртегімен байланысқан кіші алкил тобы бар кетондардың реакциялық қабілеттіліктері үлкен алкилді тобы бар кетондарға қарағанда жоғары болады. Біз альдегидтер мен кетондардың нуклеофилге реакциялық қабілеттіліктерін карбонилді қосылыстармен 11-тарауда салыстырғанбыз. Альдегидтер мен кетондардың реакциялық қабілеттіліктері хлорангидридтерге қарағанда төмен, ал күрделі эфирлер, карбон қышқылдары жəне амидтерге қарағанда жоғары болады. Карбонилді қосылыстардың салыстырмалы реакциялық қабілеттіліктері хлорангидрид>альдегид >кетон>эфир~ карбон қышқылы> амид> карбоксилат ион қабілеттілігі жоғары қабілеттілігі төмен 4-ЖАТТЫҒУ Əр жұптағы кетондардың қайсысының реакциялық қабілеттіліктері жоғары а. гептанон-2 жəне гептанон-4? ə. 4-метилгексанон-3 жəне 5-метилгексанон-3? 60

61 12.3 АЛЬДЕГИДТЕР МЕН КЕТОНДАРДЫҢ РЕАКЦИЯЛАРЫ Біз 11.5-бөлімде карбон қышқылдары жəне олардың туындыларының карбонилді тобына қосылған басқа топқа алмасатын топтың болатынын көрдік. Сондықтан осындай қосылыстар нуклеофилмен əрекеттесіп орынбасу өнімдерін түзеді. нуклеофиьді ацилдеу өнімі Бұған керісінше альдегидтер мен кетондардың карбонилді тобына қалыпты жағдайда бөлінетін күшті негіздік топ (Н - немесе R - ) қосылған. Сондықтан ол басқа топпен алмаспайды. Соныменен альдегидтер мен кетондар нуклеофилмен əрекеттесіп алмасу емес қосылу өнімдері түзіледі. Альдегидтер мен кетондар нуклеофилді қосылу реакциясына түссе, карбон қышқылдарының туындылары нуклеофилді ацилдеу реакциясына түседі. нуклеофилді қосылу өнімі Альдегидтер мен кетондар нуклеофилді қосылу реакциясына түседі 12.4 ГРИНЬЯР РЕАКТИВІ Органикалық химияда жаңа С-С байланысының түзілуіне əкелетін реакциялар көп емес. Сондықтан мұндай реакциялар кіші молекулалардан үлкен органикалық молекулаларды синтездеуде синтетик химик-органиктер үшін маңызды. Карбонилді қосылыстарға нуклеофилді көміртегін қосу жаңа байланыс түзетін реакцияларға мысал бола алады, жəне бастапқы қосылыспен салыстырғанда С-С көміртегі байланысы көп өнім түзеді. Гриньяр реактиві нуклеофилді көміртегі ретінде жиі қолданылады. Оларды галоген алканға диэтил эфирінде магний ұнтақтарын қосып араластыру арқылы алады. Бұл реакция магний атомымен көміртегі мен галоген арасына енгізеді. Гриньяр реактиві карбанион ретінде əрекеттеседі. Карбанионның теріс зарядталған көміртегі екендігін естеріңізге саламыз (1.4-бөлім). 61

62 Ө М І Р Б А Я Н Гриньяр реактивінде нуклеофилді көміртегі болады, себебі атоммен байланысқан көміртегінің электр терістілігі көміртегімен салыстырғанда аз болады (1- кітаптың 40-бетіндегі 1,3-суретті қараңыздар). Нуклеофилді көміртегі бар Гриньяр реактиві электрофилмен əрекеттеседі. Электр терістілігі төмен атомға қосылған нуклеофилді Гриньяр көміртегін, көміртегіне қарағанда электр терістілігі жоғарғы атомға қосылған галоген алкандағы көміртегімен салыстырыңыз. Нəтижесінде галогеналканның электрофилді көміртегінің нуклеофилмен əрекеттесетінін көресіздер (9.1-бөлім). Фрэнсис Август Виктор Гриньяр ( ) Францияда дүниеге келген. Кеме желкендерін жасаушының баласы. Ол 1902 жылы Лион университетінде философия докторы дəрежесін алады. Оның алғашқы Гриньяр реактивін синтездеуі 1900 жылы жарияланған. Келесі 5 жыл аралығында Гриньяр реактиві жайлы 200- дей мақаласы жарық көрген. Ол Нанси университінде, кейін Лион университетінде химия профессоры болған жылы бірінші дүние жүзілік соғыс жылдары химия саласы бойынша Нобель сыйлығын алған. Гриньяр француз армиясы қатарына шақырылып, сол уақыттарда ол əскери газды анықтау əдісін жасаған. 62

63 Гриньяр реактиві күшті негіз, сондықтан олар реакциялық қоспадағы қышқылдармен, тіпті өте аз мөлшердегі су, спирт жəне аминдер сияқты əлсіз қышқылдармен де жылдам əрекеттеседі. Мұндай əрекеттесу нəтижесінде Гриньяр реактиві алканға өзгереді. 5-ЖАТТЫҒУ Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер: а. ə. б КАРБОНИЛДІ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ГРИНЬЯР РЕАКТИВІМЕН РЕАКЦИЯСЫ. АЛЬДЕГИДТЕР МЕН КЕТОНДАРДЫҢ ГРИНЬЯР РЕАКТИВІМЕН РЕАКЦИЯСЫ Альдегидтер мен кетондардың Гриньяр реактивімен реакциясының механизмі төменде көрсетілгендей болады. Альдегидтер мен кетондардың Гриньяр реактивімен реакциясының механизмі Гриньяр реактивінің карбонилді көміртегіне нуклеофилді шабуылынан магний ионымен комплекс түзетін алкоксид ион түзіледі. алкоксид ионының протондануынан спирт түзіледі. Бұл нуклеофилді қосылу реакциясы: нуклеофил карбонилді көміртегіне қосылады. Тетраэдрлік алкоксид ионның тұрақты болатындығына Оттегімен жəне басқа электр терісті атоммен қосылған sp 3 көміртегі бар қосылыс тұрақсыз болады. 63

64 назар аударыңыз, себебі онда бөлінетін топ жоқ. (Біз 11.5-бөлімде оттегімен жəне басқа электр терісті атоммен қосылып қайтадан sp 3 көміртегі түзілетін көміртегінің тетраэдрлі қосылысы тұрақсыз болатындығын көрдік). Гриньяр реактиві формальдегидпен реакцияға түскенде қосымша реакция өнімі ретінде біріншілік спирт түзіледі. формальдегид бутил магний алкоксид ион пентанол-1 бромид біріншілік спирт Гриньяр реактиві формальдегидтен басқа альдегидпен реакцияға түскенде қосылу реакциясының өнімі екіншілік спирт түзіледі. пропаналь пропил магний алкоксид ион гексанол-3 бромид екіншілік спирт Гриньяр реактиві кетонмен реакцияға түсскенде қосылу реакциясының өнімі үшіншілік спирт түзіледі. пентанон этил магний алкоксид ион 3-метилгексанол-3 бромид үшіншілік спирт Келесі реакцияларда Гриньяр реактиві карбонилді қосылыспен əрекеттеспегенше қышқыл қосылмайтындығы көрсетіліп реагенттер қолданылу реті бойынша нөмірленген: фильм: Гриньяр реактивінің кетондармен реакциясы пентанон-3 3-метилпентанол-3 64

65 бутаналь 1-фенилбутанол-1 Гриньяр реактивінің карбонилді қосылыстармен реакциясы нəтижесінде құрылысы əртүрлі қосылыстар түзіледі. 6-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстарды CH 3 MgBr-мен əрекеттестіріп, соңынан сұйытылған қышқылды қосса қандай өнімдер түзіледі? а. ə. б. 7-ЖАТТЫҒУ Біз 3-метилгексанол-3 пентанон-2-нің этилмагний бромидімен реакциясынан синтезделетінін көрдік. Ал үшіншілік спиртті синтездеу үшін қандай кетонмен Гриньяр реактиві қолданылады? Эфирлер мен хлорангидридтердің Гриньяр реактивімен реакциялары Альдегидтер мен кетондардың реакциясына қосымша (карбонилді қосылыстардың ІІ түрі) Гриньяр реактиві эфирлер мен галогенангидридтермен əрекеттеседі (басқа топқа алмасатын топтары бар карбонилді қосылыстардың І түрі). Күрделі эфирлер жəне хлорангидридтер Гриньяр реактивімен екі сатылы реакцияға түседі. Мысалы, күрделі эфир Гриньяр реактивімен реакцияласқанда, бірінші сатыда нуклеофилді ацилдеу жүреді. Себебі, күрделі эфирлерде альдегидтер мен кетондарға қарағанда Гриньяр реактивіне алмасатын топ бар. Ал екінші сатысында нуклеофилді қосылу реакциясы жүреді. Жалпы реакция механизмі төменде көрсетілген. Эфирлердің Гриньяр реактивімен реакциясының механизмі нуклеофилді ацилдеу өнімі нуклеофилді қосылу өнімі 65

66 Гриньяр реактивінің нуклеофилді шабуылынан оттегі жəне басқа электр терісті атоммен қосылған көміртегінің sp 3 тұрақсыз тетраэдрлік аралық өнім түзіледі (11.5-бөлім). Тетраэдрлік аралық өнім метоксид ионын бөліп, кетон түзіледі. Реакция кетонның түзілу сатысында аяқталмайды, себебі кетон эфирлермен салыстырғанда нуклеофилдің шабуылына біршама белсенді болады. кетон Гриньяр реактивінің екінші молекуласымен əрекеттеседі. протонданған алкоксид ион үшіншілік спирт түзеді. Үшіншілік спирт Гриньяр реактивімен жүретін екі фильм: Гриньяр реактивінің эфирлермен реакциясы фильм: Гриньяр реактиві қатысындағы реакциясы сатылы реакция нəтижесінде түзіледі. Түзілген спирттің үшіншілік көміртегімен байланысқан екі бірдей топтары болады. Сондай-ақ үшіншілік спирттер Гриньяр реактивінің екі эквиваленті мен галогенангидридтердің реакциясы нəтижесінде де түзіледі. Бірінші эквивалент нуклеофилді ацилдеу реакциясында СІ- алмастырады; екінші эквиваленті нуклеофилді қосылу реакциясына түседі. бутил хлориді 3-этилгексанол-3 ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАРДЫ СИНТЕЗДЕУ Химик-органиктер қосылыстарды əртүрлі мақсатта синтездейді: оларды пайдалы қасиеттері болғандықтан көптеген сұрақтарға жауап алу үшін олардың қасиеттерін зерттейді. Химиктердің табиғи өнімдерді синтездеу себептерінің бірі олардың жеткілікті мөлшерде болуын қамтамасыз ету. Мысалы, таксолжұмыртқа ісігін, омырау безі жəне кейбір өкпе ісіктерін емдеуде қолданылатын Тынық мұхитының Солтүстік батысында өсетін таксус, тиса ағашы тамырынан алынатын қолданылатын қосылыс. Табиғи таксолды пайдалануға шектеу қойылған, себебі тиса өсімдігі сирек кездесетін, өте баяу өсетін жəне тамырын алу ағаштың өсуін жояды. Бұдан басқа 200 жылда тамыры 40 футқа жететін ағаштан тек 0,5г ғана препарат алынады. Таксус орманы жойылып бара жатқан теңбіл үкінің мекені. Ағашты көп кесу үкінің осы түрінің жойылуының бірден-бір себебі болады. Химиктер таксолдың құрылысын анықтағаннан кейін оны синтездей бастады. Синтездеудің бірнеше түрі нəтижелі болды. 66

67 таксол Бұл қосылыс синтезделгеннен кейін химиктер оның əсерін білу үшін қасиеттерін зерттей бастады. Содан кейін одан да зиянсыз жəне күшті аналогтарын синтездеуді жоспарлай бастады. Мысалы, химиктер таксолдың ісікке қарсы əсері құрамындағы төрт күрделі эфирлі топтарын гидролиздесе төмендейтіндігін анықтаған. Бұл молекула құрамындағы функционалдық топтың рөлін түсіндіреді. 8-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ а. Келесі үшіншілік спирттердің қайсысы күрделі эфирдің Гриньяр реактивінің артық мөлшерімен əрекеттесуінен түзілмейді? ə. Күрделі эфирдің Гриньяр реактивінің артық мөлшерімен əрекеттесуінен түзілетін спирттерді алу үшін қандай эфир мен Гриньяр реактиві қолданылады? 8а-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Үшіншілік спирт күрделі эфирдің Гриньяр реактивінің екі эквивалентімен əрекеттесуінен түзіледі. Осындай жолмен алынған үшіншілік спирттің ОН тобы қосылған көміртегінің екі бірдей орынбасары болу керек. Себебі екі орынбасар Гриньяр реактивінен ауысады. Спирттер (3) жəне (5) мұндай жолмен алынбайды, себебі олардың бірдей екі орынбасарлары жоқ. 8ə-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Пропан қышқылының метил эфирі мен метилмагний бромидінің артық мөлшері. 9-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Келесі екіншілік спирттердің қайсысы метил формиатпен Гриньяр реактивінің артық мөлшерінен түзіледі? 67

68 ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Не себепті Гриньяр реактиві карбон қышқылының карбонилді көміртегіне қосылмайды? Біз Гриньяр реактивінің карбонилді көміртегіне қосылатындығын білеміз. Егер біз Гриньяр реактиві нақты қосылыстың карбонилді көміртегіне қосылмайды десек, Гриньяр реактиві молекуланың басқа бөлігімен əрекеттеседі деген қорытынды жасаймыз. Карбон қышқылында Гриньяр реактивімен жылдам əрекеттесіп алкан түзетін қышқыл протоны бар. 3-D молекула: метилпропанат Енді 10-жаттығуға ауысайық. 10-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың қайсысы Гриньяр реактивімен нуклеофилді қосылу реакциясына түспейді? А Ə Б ЖАРТЫЛАЙ СИНТЕТИКАЛЫҚ ДƏРІЛЕР Таксол құрылысы күрделі болғандықтан оны синтездеу де күрделі. Химиктер ағылшын тиса бұтасынан препараттың алдыңғы бір бөлігін алып синтездеуді біршама жеңілдетті. Препараттың алдыңғы өнімі бұта тікенектерінен алынып зертхана жағдайында төрт сатыда таксолға айналады. Осылайша, алдыңғы өнім табиғи ресурстардан ғана алынып өсіп келе жатқан ағашты жойылудан сақтайды. Бұл химиктердің қосылыстарды табиғаттан синтездеуінің бір мысалы болады. 68

69 12.6 КАРБОНИЛДІ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ГИДРИД- ИОНМЕН РЕАКЦИЯСЫ АЛЬДЕГИДТЕР МЕН КЕТОНДАРДЫҢ ГИДРИД-ИОНМЕН РЕАКЦИЯСЫ Гидрид ион альдегидтер жəне кетондармен əрекеттесіп нуклеофилді қосылу өнімін түзетін күшті негізді нуклеофил (11-1-кесте 21-бет). Реакция механизмі төменде көрсетілген. Альдегидтер мен кетондардың гидрид-ионмен реакциясының механизмі нуклеофилді қосылу өнімі Гидрид-ионның карбонилді көміртегіне нуклеофилді шабуылынан алкоксидті ион түзіледі. Қышқылмен протонданғаннан кейін спирт түзіледі. Жалпы реакцияда Н 2 карбонилді топқа қосылады. Органикалық қосылыстарға сутегінің қосылуы тотықсыздану реакциясы екендігін естеріңізге саламыз (5.12-бөлім). Альдегидтер мен кетондарды көбінесе гидрид-ионын беруші натрий боргидридімен (NaBH 4 ) тотықсыздандырады. Нəтижесінде альдегидтер біріншілік спирттерге, кетондар екіншілік спирттерге дейін тотықсызданады. Қышқылдың реакциялық қоспаға гидрид-ион карбонилді қосылыспен əрекеттескеннен кейін қосылмайтындығына назар аударыңыздар. бутаналь альдегид біріншілік спирт бутанол-1 пентанон-2 кетон екіншілік спирт пентанол-2 11-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың натрий боргидридімен қандай спирттер түзіледі? а. 2-метилпропаналь ə. циклогексанон əрекеттестіріп, соңынан қышқыл қосса 69

70 б. бензальдегид в. метил фенил кетон Карбон қышқылы мен оның туындыларының гидридионмен реакциясы Карбонилді қосылыстардың І-түрінде басқа екінші бір топқа алмаса алатын топ болғандықтан, олардың гидрид-ионмен реакциясы Гриньяр реактивімен реакциясына ұқсас екі сатыда жүреді (12.4-бөлім). Осы себептен карбон қышқылдарының хлорангидридтерінің натрий боргидридімен тотықсыздануынан спирт түзіледі. бутаноил хлорид Реакция механизмі төменде көрсетілген. бутанол-1 хлорангидридтің гидрид-ионмен реакция механизмі нуклеофилді ацилді орынбасу өнімі нуклеофилді қосылу өнімі хлорангидрид гидрид-ионға алмасатын тобы (СІ - ) болғандықтан нуклефилді ацилді орынбасу реакциясына түседі. Бұл реакцияның өнімі ретінде альдегид түзіледі. альдегид ары қарай гидрид-ионның екінші эквивалентімен нуклеофилді қосылу реакциясына түсіп, алкоксид ион түзіледі. алкоксид ионның протондануынан біріншілік спирт түзіледі. Натрий боргидриді (NaBH 4 ) альдегид жəне кетондармен салыстырғанда реакциялық қабілеттілігі төмен болатын карбонилді қосылыстармен реакцияда күшті гидридті донор болмайды. Сондықтан күрделі эфир, карбон қышқылдары, амидтер біршама реакциялық қабілеттілігі жоғары гидрид доноры литий алюминий гидридімен (LiAlH 4 ) тотықсызданады. Күрделі эфирдің LiAlH 4 реакциясынан бірі эфирдің ацил тобына жəне екіншісі алкилді тобына сай екі спирт түзіледі. 70

71 метилпропанат эфир пропанол-1 метанол Карбон қышқылының LiAlH 4 реакциясынан тек біріншілік спирт түзіледі. сірке қышқылы этанол Амидтер де LiAlH 4 реакциясында гидрид-ионмен екі сатыда тотықсызданады. Жалпы реакцияда карбонилді топ СН 2 тобына өзгереді. Реакция нəтижесінде амин түзіледі. Біріншілік, екіншілік жəне үшін - шілік аминдер амидтегі азотпен байланысқан орынбасардың санына байланысты түзіледі. Эфирлер мен хлорангидридтер Гриньяр реактивімен реакция жағдайындағыдай гидрид ионмен екі сатылы реакцияға түседі. бензамид бензиламин біріншілік амин N-метилацетамид этилметиламин екіншілік амин Н 2 О сияқты Н 3 О - реакцияның екінші сатысына қатыспайтындығына назар аударыңыздар. Егер Н 3 О - қолданылса, реакция өнімі амин емес, аммоний ионы болады. (Протонданған аминнің рка мəні 10 екендігін есте сақтаңыздар (кітаптың 1-бөліміндегі 282-беттегі 7.1-кестені қараңыздар). 71

72 12-ЖАТТЫҒУ Қандай амидтерді LiAlH 4 тотықсыздандырса келесі аминдер түзіледі? а. бензилметиламин ə. этиламин б. диэтиламин в. триэтиламин АЛЬДЕГИДТЕР МЕН КЕТОНДАРДЫҢ АМИНДЕРМЕН РЕАКЦИЯСЫ Альдегидтер мен кетондар біріншілік аминдермен əрекеттесіп иминдер түзіледі. Иминдер дегеніміз құрамында көміртегі-азот қос байланысы бар қосылыстар. аз мөлшерде альдегид немесе кетон біріншілік амин имин С=N тобының құрылысы С=О тобына ұқсас (12.1-суретті 22-беттегі суретпен салыстырыңыздар). Иминдегі азот атомы sp 2 гибридтелген. Оның бір sp 2 орбиталі иминнің көміртегімен σ байланыс, екіншісі орынбасармен σ байланыс түзсе, үшіншісінде бос электрон жұбы болады. Азоттың р-орбиталімен көміртегінің р-орбиталі π байланыс түзіп қаптасады. Альдегидтер мен кетондар екіншілік аминдермен əрекеттесіп енаминдер түзеді («эн-амин деп айтылады). Енаминдер азот атомына қатысты қос байланысы α,βжағдайда болатын үшіншілік аминдерге жатады. Альдегид пен кетонға ұқсас қос байланысы екіншілік амин жағында орналаспағандығына назар аударыңыздар. «Енамин» атауы «эн» жəне «амин» сөздерінің қосындысынан құралған сурет Иминдегі байланыс түрі 72

73 альдегид немесе кетон екіншілік амин енамин Бір қарағанда имин жəне енаминнің түзілуі əртүрлі сияқты көрінеді. Бірақ егер сіздер реакция механизмдеріне қарасаңыздар протонның соңғы сатыда бөлінетіндігін көресіздер. Біріншілік аминдермен иминдер түзіледі Альдегидтер мен кетондар біріншілік аминдермен əрекеттесіп иминдер түзеді. Реакцияға қышқылдың өте аз мөлшері қатысында жүреді. аз мөлшерде бензальдегид этиламин имин альдегид біріншілік амин пентанон-3 бензиламин имин кетон біріншілік амин Альдегидтер мен кетондар біріншілік аминдермен əрекеттесіп иминдер түзеді. 3-D молекула: ацетоннан N- метиламинді алу 73

74 Иминдердің түзілу механизмі төменде көрсетілген. Иминнің түзілу механизмі Амин карбонилді көміртегін шабуылдайды. Алкоксид ионының протондық күшеюі жəне аммоний ионының протонын жоғалтып аралық бейтарап тетраэдрлік өнімнің түзілуі. Аминді спирт деп аталатын аралық бейтарап тетраэдрлік өнімнің екі протонданған формасы олардың азот атомы немесе оттегі атомы протондануынан тепе-теңдік күйде болады. Протонданған аралық формалардан оттегімен əрекеттесіп судың бөлініп иминнің протондануы. Протонданған имин протонын бөліп иминнің түзілуі. Гриньяр реактивімен немесе гидрид ионның альдегидтер мен кетондарға қосылуынан түзілетін тұрақты аралық тетраэдрмен салыстырғанда аминдердің қосылуынан түзілетін өнім тұрақсыз болады. Себебі, қайта түзілетін sp 3 көміртегі оттегімен жəне басқа электр терісті атомдармен байланысқан (азот). оқулық: Иминдердің түзілуі тұрақты тетраэдрлі қосылыс тұрақсыз тетраэдрлі қосылыс Қышқылдың сулы ерітіндісінде иминдер гидролизге ұшырап қайтадан карбонилді қосылыс жəне амин түзіледі. Амин қышқылдың əсерінен протонданатындығына назар аударыңыздар. 74

75 Иминдердің түзілуі мен гидролизі биологиялық жүйелердегі маңызды реакциялар. Мысалы, біз иминнің гидролизінен ДНҚ құрамындағы A, Г, Ц жəне Т нуклеотидтердің түзілетіндігін көреміз. Ал РНҚ құрамында A, Г, Ц, жəне У нуклеотидтер болады (20.9-бөлім). Екіншілік аминдерден енаминдердің түзілуі Альдегидтер мен кетондар екіншілік аминдермен əрекеттесіп енаминдер түзіледі. Иминдердің түзілу реакциясындағыдай катализатор ретінде қышқылдың өте аз мөлшері жұмсалады. Иминдер қышқыл катализаторы қатысында гидролизге ұшырап, карбонилді қосылыстар мен біріншілік аминдер түзіледі. циклопентанон диметиламин енамин екіншілік амин циклогексанон пирролидин енамин екіншілік амин Енаминдердің түзілу механизмі иминдердің түзілуіне ұқсас, тек соңғы сатысында айырмашылықтары бар. Альдегидтер мен кетондар екіншілік аминдермен əрекеттесіп енаминдер түзіледі. 75

76 Енаминнің түзілу механизмі Амин карбонилді көміртегін шабуылдайды. Алкоксид ионының протондық күшеюі жəне аммоний ионының протонын жоғалтып аралық бейтарап тетраэдрлік өнімнің түзілуі. Аралық бейтарап тетраэдрлік өнімнің екі протонданған формасы олардың азот атомы немесе оттегі атомы протондануынан тепе-теңдік күйде болады. Протонданған оң зарядталған азоттың протонданған аралық формасы мен оттегі əрекеттесіп су бөлінеді. Біріншілік амин альдегид жəне кетонмен əрекеттескенде реакция механизмінің соңғы сатысындағы оң зарядталған азоты бар қосылыстың азот атомымен байланысқан протон бөлініп бейтарап имин түзіледі. Ал егер екіншілік амин болса, онда азот атомымен байланысқан сутегі болмайды. Бұл жағдайда тұрақты аралық молекула оң зарядталған азот атомы бар α-көміртегі бар қосылыстан протонның бөлінуінен түзіледі. Нəтижесінде енамин алынады. Қышқылдың сулы ерітіндісіндегі енаминнің гидролизденуінен иминнің гидролизденуіне ұқсас қайтадан карбонилді қосылыс пен екіншілік амин түзіледі. Амин қышқылдың əсерінен қайтадан протонданады. Қышқылдың сулы ерітіндісіндегі енаминнің гидролизденуінен карбонилді қосылыс жəне екіншілік амин түзіледі. 76

77 13-ЖАТТЫҒУ Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер. (Əр реакцияда қышқылдың өте аз мөлшері қолданылады) а. циклопентанон + этиламин б. 3-пентанон + гексиламин ə. циклопентанон + диэтиламин в. 3-пентанон + циклогексиламин БИОЛОГИЯЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДЕГІ ИМИНДЕР Барлық биологиялық реакциялар фермент катализаторлары қатысында жүреді. Кейбір ферменттер катализді жүзеге асыру үшін дəрумендер құрамына кіретін органикалық молекулалар коферменттерді қажет етеді (17.1 жəне 17.4-бөлімдер). Мысалы, В6 витаминінің коферментінен алынатын пиридоксальфосфат амин қышқылдарын ыдырататын фермент (17.9-бөлім). Пиридоксальфосфат ферментпен иминдік байланыс арқылы қосылған. фермент пиридоксин В6 дəрумені пиридоксин фосфат ПФ коферменттік байланыс ферменттің иминдік байланысынан түзіледі Глюкоза екі сатыда аланин сияқты амин қышқылына дейін өзгеретін пируватқа дейін ыдырайды. Біріншіден, пируват NH 3 əрекеттесіп имин түзеді де, соңынан фермент əсерінен амин қышқылдарына дейін ыдырайды. пируват аланин амин қышқылы 77

78 12.8 АЛЬДЕГИДТЕР МЕН КЕТОНДАРДЫҢ СУМЕН РЕАКЦИЯСЫ Альдегидтер немесе кетондарға судың қосылуынан гидраттар түзіледі. Гидрат дегеніміз бір көміртегінде екі ОН тобы бар молекула. Альдегидтер мен кетондардың гидраттарында тетраэдрлі көміртегі электрон акцепторлы атомдармен (оттегі) байланысқандықтан тұрақсыз болады. альдегид немесе кетон гидрат Су əлсіз нуклеофил, сондықтан карбонилді топқа баяу қосылады. Реакция жылдамдығы қышқыл катализаторы қатысында артады. Катализатор альдегид немесе кетонның гидратқа өзгеру жылдамдығына ғана əсер ететіндігін, ал оның мөлшеріне əсер етпейтіндігін есте сақтау керек (4.8-бөлім). Реакция механизмі төменде көрсетілген. Қышқыл катализатор қатысында гидраттардың түзілу механизмі қышқыл карбонилді оттегін протондап, карбонилді көміртегі нуклеофилдің шабуылына бейімделеді (12.2-сурет). Су карбонилді көміртегін шабуылдайды. Протонданған тетраэдрлі аралық қосылыстан протон бөлініп гидрат түзіледі. Альдегид пен кетонның сулы ерітіндіде гидратталу дəрежесі карбонилді қосылыстағы орынбасарға байланысты. Мысалы, ацетон тек 0,2%, ал формальдегид 99,9% гидратталады. Көлемді жəне электрон донорлы орынбасарлар (мысалы, ацетонның метилді тобы) тепе-теңдіктегі гидрат мөлшерін азайтса, керісінше кіші жəне электрон акцепторлы орынбасарлар (формалдегидтің сутегі атомы) оның мөлшерін арттырады. 78 Альдегидтер мен кетондардың гидраттары тұрақсыз болады.

79 12.2-сурет Электростатикалық потенциал картасы протонданған альдегидтің карбонилді көміртегі протонданбаған альдегидтің карбонилді көміртегімен салыстырғанда нуклеофилді шабуылға бейім екендігін көрсетеді (қою көк түсті аймағы). БИОЛОГИЯЛЫҚ ҮЛГІЛЕРДІҢ САҚТАЛУЫ Формалин деген атпен белгілі формальдегидтің судағы 37%-тік ерітіндісі биологиялық үлгілерді сақтауда кеңінен қолданылған. Формальдегид көзбен теріні тітіркендіреді, бірақ формалин көпшілік зертханаларда басқа консерванттармен алмастырылған. Осындай консерванттардың бірі микробқа қарсы қоспалары бар фенолдың этанолдағы 2-5% ерітіндісі. 3-Dмолекула: Ацетон; ацетон гидраты 14-ЖАТТЫҒУ Үш хлор ацетальдегидті суда еріткенде, толық гидратқа ауысады. Хлоргидрат өлімге дейін əкелетін тыныштандыратын əсері бар хлораль гидрат реакциясының өнімі. Қоспасы бар коктейльдер «Миккей Фин» сияқты атақты детективті романдардан белгілі. Неліктен үш хлорлы ацетальдегидтің сулы ерітіндісінің толық гидратталатындығын түсіндіріңіздер. үш хлорлы ацетальдегид хлораль гидрат 15-ЖАТТЫҒУ Келесі кетондардың қайсысы сулы ерітіндіде гидрат түзеді? 79

80 12.9 АЛЬДЕГИДТЕР МЕН КЕТОНДАРДЫҢ СПИРТТЕРМЕН РЕАКЦИЯСЫ Альдегидке спирттің бір эквивалент мөлшері қосылғанда түзілетін өнім жартылай ацеталь (геми ацеталь) деп аталады. Ал альдегидке спирттің екі эквивалент мөлшері қосылғанда түзілетін өнім ацеталь деп аталады. Су, спирт нашар нуклеофил болғандықтан, реакцияға катализатор ретінде қышқыл қосылады. альдегид жартылай ацеталь ацеталь Карбонилді қосылыстар ретінде альдегидтің орнына кетон алынса, алынған өнім жартылай кеталь жəне кеталь деп аталады. 80 кетон жартылай кеталь кеталь Альдегидтердің спирттермен реакциясынан жартылай ацеталь жəне ацеталь түзіледі. Кетондардың спирттермен реакциясынан жартылай кеталь жəне кеталь түзіледі. Геми грек тілінде «жартылай» дегенді білдіреді. Альдегид немесе кетонға спирттің бір эквиваленті қосылғанда соңғы өнім ацеталь немесе кеталь алынатын аралық қосылыс түзіледі. Кеталь (немесе ацеталь) түзілу механизмі төменде көрсетілген. қышқыл карбонилді көміртегін нуклеофилді шабуылға бейімдеу үшін карбонилді оттегін протондайды (12.2-сурет). Спирт карбонилді көміртегін шабуылдайды. Протонданған аралық тетраэдрлік өнімнен протон бөлініп жартылай ацеталь (немесе геми ацеталь) түзіледі. Реакция қышқыл ерітіндісінде жүргізілетіндіктен жартылай ацеталь (немесе геми ацеталь) оның протонданған формасымен тепе-теңдік күйде болады. Жартылай ацетальдың екі оттегі атомы негіздік болғандықтан протонданады. Аралық тетраэдрлік өнімнің протонданған ОН тобынан су бөлініп оттегі атомындағы оң зарядтың болуынан реакциялық қабілеттілігі жоғары аралық О-алкилді өнім түзіледі. Осы қосылысқа спирттің екінші молекуласының нуклеофилді шабуылынан, соңынан протонның бөлінуінен ацеталь (немесе кеталь) түзіледі.

81 Қышқыл катализатор қатысында ацеталь немесе кетальдардың түзілу механизмі кеталь Ацетальдің (немесе кеталь) тетраэдрлі көміртегі екі оттегі атомымен байланысқандықтан оны тұрақсыз жəне жартылай ацетальдан (немесе жартылай кетальдан) су бөлінсе реакциялық қоспадан бөлуге болады деп жорамалдауға болады. Егер жартылай ацетальдан (немесе жартылай кеталь) су бөлінбесе біршама тұрақсыз О-алкилденген өнім түзіледі. Ацеталь (немесе кеталь ) қышқылдың сулы ерітіндісінде қайтадан альдегидке гидролизденеді. артық мөлшерде КӨМІРСУЛАР Сіздер 15-тарауда көмірсуларды қарастырғанда қанттардың жеке бөліктері бір-бірімен ацеталь-спирттік топты немесе кетальді байланыстар арқылы қосылатындығын көресіздер. Мысалы, D-глюкозаның спирттік тобы мен альдегидтік тобы арасындағы реакциядан D-глюкозаның жартылай ацетальді байланысы бар сақиналы молекуласы түзіледі. Сақиналы D-глюкоза молекуласы бір молекуланың ОН тобының жартылай ацетальды топпен реакциясынан ацетальды байланыс түзеді. 81

82 16-ЖАТТЫҒУ Ацетальдің қышқыл катализатор қатысындағы механизмін көрсетіңіздер. 17-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың ішінен берілген атауларға сəйкестерін табыңыздар: а. жартылай ацеталь ə. ацеталь б. жартылай кеталь г. кеталь ғ. гидрат λ,β-қанықпаған КАРБОНИЛДІ ҚОСЫЛЫСТАРДАҒЫ НУКЛЕОФИЛДІ ҚОСЫЛУ α,β қанықпаған карбонилді қосылыстардың құрылысы, молекуланың карбонилді көміртегі мен β-көміртегі сияқты екі электрофилді орынның бар екендігін көрсетеді. Бұл егер альдегид немесе кетонда қос байланыс болса нуклеофилдің карбонилді топтағы көміртегіне немесе β-көміртегіне қосылатындығын көрсетеді. оқулық: Карбонилді қосылыстарға қосылу реакциялары Карбонилді көміртегіне нуклеофилді қосылу тікелей қосылу немесе 1,2 қосылу деп аталады. тікелей қосылу 82

83 β көміртегіне нуклеофилді қосылу қосарлана қосылу немесе 1,4-қосылу деп аталады. Себебі қосылу реакциясы 1 жəне 4-орындарда жүреді (яғни қосарланған жүйе). 1,4-қосылу реакциясы жүргеннен кейін енолды таутомерлену өнімі кетон (немесе альдегид) түзіледі, өйткені кето таутомер енолды таутомерге қарағанда біршама тұрақты (5.11-бөлім). Егер нуклеофил əлсіз негіз болса, қосарлана қосылу өнімі түзіледі. Жалпы реакция қосылу көміртек-көміртегі қос байланысы бойынша қосылу нуклеофильдің қос байланыстағы β-көміртегіне жəне реакциялық қоспадан протонның α-көміртегіне қосылуымен жүреді. Егер нуклеофил күшті негіз болса, нəтижесінде қосылу өнімі түзіледі. Этил спирті реакцияның екінші сатысында алкоксид ионын протондау үшін қолданылады. Нуклеофил əлсіз негіз болса, қосарлана қосылу өнімі түзіледі. 83

84 оқулық: жалпы атаулар: карбонилді қосылыстарға нуклеофилді қосылу. ІСІККЕ ҚАРСЫ ПРЕПАРАТТАР Вернолепин жəне Геленалин сияқты екі қосылыс қосарлана қосылу реакциясының нəтижесінде ісікке қарсы эффективті препарат ретінде белгілі болды. Ісік жасушалары өсуді бақылау қабілетін жойған жасушалар. Сондықтан олар жылдам көбейеді. ДНҚ-полимераза ферменті жасуша жаңа ұяшыққа өзінің көшірмесін жасау үшін қажет. ДНҚ-полимеразасында белсенді SH тобы болады жəне осы препараттардың əр қайсысында екі қанықпаған карбонилді қосылыс бар (16.6-бөлім). ДНҚ-полимеразаның SH тобы вернолепин немесе геленалиннің α,β-қанықпаған карбонилді топтарының бірімен əрекеттескенде фенрмент белсенділігін жойып, жасуша өсуін тоқтатады, себебі ол ДНҚ-да көшірмесін жасай алмайды. Вернолепин Геленалин фермент 18-ЖАТТЫҒУ Келесі реакциялардың негізгі өнімдерін көрсетіңіздер: а. ə. 84

85 12.11 БИОЛОГИЯЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДЕГІ ҚОСАРЛАНА ҚОСЫЛУ РЕАКЦИЯЛАРЫ Биологиялық жүйелердегі кейбір реакциялар α,β-қанықпаған карбонилді қосылыстарға қосарлана қосылу реакцияларына байланысты. Төменде екі мысал келтірілген. Оның бірі глюконеогеназа глюкозаның пируваттан синтезделуі (18.4- бөлім). Екіншісі май қышқылдарының тотығуы (18.8-бөлім). ҚОРЫТЫНДЫ Альдегидтер мен кетондарда басқа топқа жеңіл алмасатын топпен (Н немесе R) қосылған ацил топтары болады. Кеңістіктік жəне электрондық факторлардан альдегидтер кетондарға қарағанда нуклеофилді шабуылға қабілетті болады. Альдегидтер мен кетондардың реакциялық қабілеттіліктері хлорангидридтермен салыстырғанда төмен, ал күрделі эфирлер, карбон қышқылдары жəне амидтермен салыстырғанда жоғары болады. Альдегидтер мен кетондар Гриньяр реактиві жəне гидрид-ионмен нуклеофилді қосылу реакциясына түседі. Бұған керісінше, күрделі эфирлер мен хлорангидридтер нуклеофилді ацилді орынбасу реакциясына түсіп, нуклеофилдің екінші эквивалентімен нуклеофилді қосылу реакциясына қатысатын альдегидтер мен кетондар түзеді. Нуклеофилдің карбонилді қосылысқа шабуылынан түзілетін аралық тетраэдрлік өнім тұрақты болады. Егер қайтадан түзілген тетраэдрлі көміртегі екінші электр терісті атоммен немесе топпен байланыспаса, онда ол тұрақсыз болады. Гриньяр реактиві альдегидтермен əрекеттесіп екіншілік спирттер жəне кетондар, күрделі эфирлер мен хлорангидридтер үшіншілік спирттер түзеді. Гидрид-ион альдегид, хлорангидридтермен жəне карбон қышқылдарымен əрекеттесіп біріншілік спирттер, кетондар екіншілік спирттер жəне амидтер аминдер түзеді. Альдегидтер мен кетондар біріншілік аминдермен əрекеттесіп иминдер, ал екіншілік аминдермен енаминдер түзеді. Реакция механизмдері ұқсас, тек реакцияның соңғы сатысында протонның бөлінуі бойынша өзгешеленеді. Иминдер мен енаминдер қышқыл қатысында қайтадан карбонилді қосылыс пен аминге гидролизденеді. Альдегидтер мен кетондар қышқыл қатысында сумен əрекеттесіп, 85

86 гидраттар түзіледі. Гидраттардың көпшілігі тұрақсыз, сондықтан бөлінбейді. Альдегидтер спирттермен қышқыл катализаторы қатысында əрекеттесіп жартылай ацеталь мен толық ацеталь, ал кетондар жартылай кетальдар мен толық кетальдар түзіледі. Күшті негіз болатын нуклеофилдер α,β-қанықпаған карбонилді қосылыстармен реакцияға түсіп тура қосылу өнімдер, ал əлсіз негізді нуклеофилдермен қосарлана қосылу өнімдерін түзеді. РЕАКЦИЯ ҚОРЫТЫНДЫЛАРЫ 1. Карбонилді қосылыстардың Гриньяр реактивімен реакциялары (12.5-бөлім). а. Формальдегидтің Гриньяр реактивімен реакциясы нəтижесінде біріншілік спирт түзіледі: ə. Альдегидтердің (формальдегидтен басқа) Гриньяр реактивімен реакциясынан екіншілік спирт түзіледі: б. Кетондардың Гриньяр реактивімен реакциясынан үшіншілік спирт түзіледі: в. Күрделі эфирлердің Гриньяр реактивімен реакциясынан бірдей екі орынбасары бар үшіншілік спирт түзіледі: г. Карбон қышқылдарының хлорангидридтерінің Гриньяр реактивімен реакциясынан бірдей екі орынбасары бар үшіншілік спирт түзіледі: 86

87 2. Карбонилді қосылыстардың гидрид-иондардың донорымен реакциялары (12.6-бөлім.) а. Альдегидтердің натрий боргидридімен реакциясынан біріншілік спирт түзіледі: ə. Кетондардың натрий боргидридімен реакциясынан екіншілік спирт түзіледі: б. Карбон қышқылының хлорангидридтерінің натрий боргидридімен реакциясынан біріншілік спирт түзіледі: в. Эфирлердің литий алюмогидридімен реакциясынан екі спирт түзіледі: г. Карбон қышқылдарының литий алюмогидридімен реакциясынан біріншілік спирт түзіледі: 87

88 ғ. Амидтердің литий алюмогидридімен реакциясынан аминдер түзіледі: 3. Альдегидтер мен кетондардың аминдермен реакциясы (12.7-бөлім). а. Біріншілік аминдермен реакциядан иминдер түзіледі: ə. Екіншілік аминдермен реакциядан енаминдер түзіледі: 4. Альдегидтер немесе кетондардың сумен реакциясынан гидраттар түзіледі (12.8-бөлім). 88

89 5. Альдегидтер немесе кетондардың спирттің артық мөлшерімен реакциясынан ацеталь немесе кетальдар түзіледі (12.9-бөлім). 6. α,β-қанықпаған карбонилді қосылыстардың нуклеофилмен реакциялары (12.10-бөлім): тікелей қосылу қосарлана қосылу Нуклеофил күшті негіз болса (Н -, RMgBr) тікелей қосылу өнімдері түзіледі; нуклеофил əлсіз негіз болса (RSH, RNH 2, Br - ) қосарлана қосылу өнімі түзіледі. ЖАТТЫҒУЛАР 19. Келесі қосылыстардың құрылысын көрсетіңіздер: а. изобутиральдегид б. 4-бромгексаналь г. 3-метилциклогексанон ə. октанон-4 в. 4-бромгептанон-3 ғ. пентандион-2,4 20. Келесі реакциялар өнімдерін көрсетіңіздер: а. артық мөлшерде ə. б. в. 21. Келесі қосылыстарға мысал келтіріңіздер: а. жартылай ацеталь ə. имин б. кеталь в. енамин 22. Төмендегі қосылыстарды нуклеофилді шабуылға реакциялық қабілеттілігінің төмендеуі бойынша орналастырыңыздар: 89

90 23. Біріншілік спирттің түзілуіне қажетті реагентті көрсетіңіздер. 24. Бос торды толтырыңыздар: 25. Бастапқы зат ретінде циклогексанонды пайдаланып, келесі қосылыстарды қалай синтездеуге болатындығын көрсетіңіздер: а. б. г. ə. в. ғ. 2 əдісін көрсетіңіз 26. а. Пентанон-2 этилмагний бромидімен əрекеттестіріп, соңынан сұйылтылған қышқыл қосса қанша изомер түзіледі? ə. Пентанон-2 метилмагний бромидімен əрекеттестіріп, соңынан қышқылдың сулы ерітіндісін қосса қанша изомер түзіледі? 27. N- метилбензамидті келесі қосылыстардан қалай алуға болады? а. N -метилбензиламин ə. Бензой қышқылы б. метилбензоат в. бензил спирті. 90

91 28. Келесі реакция механизмін көрсетіңіздер: 29. Қышқылдың сулы ерітіндісінде түзілетін гидрадтардың мөлшері төмендеуі бойынша қатарға орналастырыңыздар: 30. Бос торды толтырыңыздар: 31. Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер: а. ə. б. 1. СН 3 СН 2 MgBr артық мөлшерде аз мөлшерде в. 32. Келесі үшіншілік спирттерді алуға қажет үш түрлі реагенттерді (əр қайсысы карбонилді қосылыс пен Гриньяр реактивінен тұрады) көрсетіңіздер: а. ə. 91

92 33. Келесі реагенттер мен 3-метил-2-циклогексеноннан қандай өнімдер алуға болатынын көрсетіңіздер: а. CH 3 CH 2 SH ə. HBr в. H 2, Pd/C 34. Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер: аз мөлшерде а. б. аз мөлшерде ə. в. 35. Келесі қосылыстарды төменде берілген заттардан қалай алуға болады: а. ə. 36. Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер. Түзілетін барлық стереоизомерлерді көрсетіңіздер. а. ə. 37. Келесі реакция механизмдерін көрсетіңіздер: а. ə. 38. Келесі берілген заттардан көрсетілген қосылыстарды қалай алуға болады: 39. Метилформиаттың Гриньяр реактивінің артық мөлшерімен реакциясынан, соңынан сұйылтылған қышқыл қосса қандай спирт (біріншілік, екіншілік, үшіншілік) түзіледі? 40. Сəйкес қосылыстарды бос торға орналастырыңыздар: 92

93 41. Төмендегі Гриньяр реактивін этилен тотығымен əрекеттестіріп, соңынан қышқыл қосса қандай спирт алынады? 42. а. Келесі реакциялар механизмін көрсетіңіздер: 1. Иминнің карбонилді қосылыспен жəне протонданған біріншілік аминмен қышқыл қатысындағы гидролизі. 2. Енаминннің карбонилді қосылыспен жəне протонданған екіншілік аминмен қышқыл қатысындағы гидролизі. ə. Бұл реакция механизмдерінің айырмашылықтары қандай? 43. Келесі галогеналкандардың қайсысын алу үшін Гриньяр реактиві қолданылады? а. ə. б. 44. Қымыз қышқылының рк а мəні 2,22 жəне 3,98. қымыздық қышқылы а. Қандай карбоксил тобының қышқылдығы жоғары? ə. Қымыз қышқылының сулы ерітіндісіндегі гидрат мөлшері ерітіндінің рн на тəуелді: рн=0-де 95%, рн=1,3-те 81%, рн=3,1-де 35%, рн=4,7-де 13%, рн=6,7-де 6%, жəне рн=12,7-де 6%. рн мəніне тəуелділігін түсіндіріңіздер. 45. Берілген реакция механизмін көрсетіңіздер: 93

94 КАРБОНИЛДІ ҚОСЫЛЫСТАР ІІІ: α-көміртегі БОЙЫНША РЕАКЦИЯЛАР 13-ТАРАУ ацетил К о А Біз 11 жəне 12-тарауда карбонилді қосылыстардың реакцияларын қарастырғанда олардың реакциялық қабілеттілігі нуклеофилдік шабуылға бейім жартылай оң зарядталған көміртегіне байланысты екендігін көрдік. Альдегидтер, кетондар жəне күрделі эфирлердің реакцияға қабілетті екінші бір орындары бар. Карбонилді көміртегімен байланысқан сутегі атомы көміртегіне біршама қышқылдық қасиет беріп, күшті негіз əсерінен бөлінуіне мүмкіндік жасайды. Карбонилді топпен байланысқан көміртегі атомы α-көміртегі деп аталады. Ал осы көміртегімен байланысқан сутегі атомын α-сутегі деп атайды. 94

95 13.1 α-сутегі АТОМЫНЫҢ ҚЫШҚЫЛДЫЛЫҒЫ Сутегі жəне көміртегі атомдары электр терісті, бұл электрондар байланысқанда екі атом арасында тең бөлінеді дегенді білдіреді. Сонда сутегі көміртегімен байланысады, яғни қышқыл болмайды. Бұл, əсіресе sp 3 көміртегімен байланысқан сутегі атомы үшін дұрыс, себебі, бұл көміртегінің электр терістілігі сутегіне жақын болады. (5.13-бөлім). Этанның рк а мəнінің жоғары болуы sp 3 көміртегімен байланысқан сутегінің қышқылдығының төмен екендігін көрсетеді. Сутегі атомы карбонилді топтағы көміртегінің жанындағы sp 3 көміртегімен байланысқан, бірақ та ол екінші sp 3 көміртегімен байланысқан сутегі атомына қарағанда біршама қышқылдық қасиетке ие. Мысалы, альдегид немесе кетонның α- көміртегінен диссоциацияланатын сутегінің рк а мəні 16-20, ал күрделі эфирдің α- көміртегінен диссоциацияланатын сутегінің рк а мəні 25 (13.1-кесте). α-сутегі атомы басқа көміртегімен байланысқан сутегі атомдарымен салыстырғанда біршама қышқыл болғанымен судың сутегі атомының қышқылдығынан төмен екендігіне (рк а =15,7) назар аударыңыздар. Не себепті карбонил тобының жанындағы sp 3 көміртегі атомымен байланысқан α-сутегі атомының қышқылдылығы басқа көміртегімен байланысқан сутегі атомдарының қышқылдылығынан жоғары болады? 95

96 Сутегі α-көміртегінен бөлінгенде түзілетін негіз тұрақты болғандықтан қышқыл болады. Ал басқа sp 3 көміртегі атомынан сутегі бөлінген кезде түзілетін негіз тұрақсыз болады кесте. Кейбір карбон қышқылдарының рка мəндері Біз бұрын қосарланған қышқылы күшті болған сайын негіздің тұрақты болатындығын көргенбіз (2.6-бөлім). Не себепті α-көміртегінен протон бөлінгенде түзілетін негіз тұрақты болады? Протон этаннан бөлінгенде қалған электрондар тек көміртегі атомында болады. Көміртегі электр терісті болғандықтан, карбанион тұрақсыз болады. Нəтижесінде қосарланған қышқылдың рк а мəні өте жоғары болады. электрондар Бұған керісінше, протон карбонилді топтың жанындағы көміртегінен бөлінгенде келесідей екі фактор бірігіп түзілетін негіздің тұрақтылығын арттырады. Біріншіден, электрондар протондар бөлінгенде жеке делокализацияланған түрде болады жəне біз электрондардың делокализациялануы тұрақтылықты арттыратындығын білеміз (7.6-бөлім). Бұдан да маңыздысы оттегіндегі электрондардың делокализациялануы, осының нəтижесінде оның электр терістілігі көміртегінен жоғары болады. 96

97 Енді бізге не себепті альдегидтер мен кетондардың (рк а =16-20) эфирлерге қарағанда (рк а =25) қышқыл болатындығы түсінікті. Күрделі эфирдің α-көміртегінен протон бөлінгенде қалған электрондар карбонилді көміртегінде альдегидтер мен кетондардағыдай жеңіл делокализацияланбайды. Мұның себебі, күрделі эфирдің OR тобындағы оттегінде карбонилді оттегінде делокализацияланатын жеке электрон жұптары болады. Осылайша, электрондардың екі жұбы сол оттегінде делокализациялану үшін бəсекелестікке түседі. О атомында жалғыз жұптың делокализациялануы α-көміртегінде теріс зарядтың делокализациялануы резонанстық құрылым Егер екі карбонилді топ арасында α-көміртегі болса α-сутегінің қышқылдығы жоғары болады (13.1-кесте). Мысалы, екі карбонилді топ арасында α-көміртегі бар кетон пентадион-2,4 α-көміртегінен протон диссоциациясының рк а мəні 8,9 ал кетон мен күрделі эфирдің екі карбонилді топтары арасында α-көміртегі бар этил- 3-оксобутираттың α-көміртегінен протон диссоциациясының рк а мəні 10,7. пентадион-2,4 этил-3-оксобутират ацетилацетон этилацетоацетат β-дикетон β-кетоэфир Екі карбонилді топ айналасындағы көміртегімен байланысқан α-сутектерінің қышқылдылығы артады, себебі протон бөлінгеннен кейін қалған электрондар екі оттегі атомдарында делокализацияланады. 97

98 пентадион-2,4 анионының резонанстық құрылымы пентадион-2,4 Альдегидтер мен кетондардың α-сутегі атомдарының қышқылдылығы эфирлердің α-сутегі атомдарының қышқылдығынан жоғары болады 1-ЖАТТЫҒУ 3-D молекула: енолды ацетон, енолды β-дикетон Əрбір қосылыстағы қышқылдығы жоғары сутегі атомын анықтаңыздар. 2-ЖАТТЫҒУ а. Қайсы қосылыстың қышқылдығы жоғары? ə. Қайсы қосылыстың рк а мəні жоғары? жəне 3-ЖАТТЫҒУ Не себепті пентадион-2,4 этил-3-оксобутиратқа қарағанда біршама күшті қышқыл? 98

99 ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Не себепті ОН - карбон қышқылының α-көміртегінен протонды бөлмейтіндігін түсіндіріңіздер. ОН - карбон қышқылының α-көміртегінен протонды бөлмейтіндігін анықтағаннан кейін ОН - молекуланың екінші бөлігімен жылдам əрекеттесетіндігін болжауға болады. Карбоксил тобындағы протон α-көміртегіндегі протонмен салыстырғанда біршама қышқыл (рк а ~5) болғандықтан, ОН - протонды α-көміртегінен емес карбоксилді топтан бөліп алады деп қорытынды жасауға болады. Енді 4-жаттығуға ауысайық. 4-ЖАТТЫҒУ Не себепті протон N-метиленамид немесе этанамидтегі α-көміртегінен емес, N,Nдиметилэтанамидтің α-көміртегінен бөлінетіндігін түсіндіріңіздер. N,N-диметилэтанамид N-метилэтанамид этанамид 5-ЖАТТЫҒУ Не себепті ОН - хлорангидридтің α-көміртегінен протонды бөле алмайтындығын түсіндіріңіздер КЕТО-ЕНОЛДЫ ТАУТОМЕРЛЕР Кетон өзінің енолды таутомерімен тепе-теңдік күйде болады. Таутомерлер дегеніміз жылдам тепе-теңдікте болатын изомерлер екендігін естеріңізге саламыз (5.11-бөлім). Кето-енолды таутомерлер қос байланыс пен сутегі атомының орналасуы бойынша өзгешеленеді. кето таутомер енолды таутомер Көптеген кетондар үшін енолды таутомер кето таутомерге қарағанда тұрақсыз болады. Мысалы, ацетонның сулы ерітіндісі 99,9% кето таутомер жəне 0,1% енолды таутомерлер қоспасының тепе-теңдігі түрінде болады. 99

100 кето таутомер енолды таутомер Фенолдың енолды таутомері оның кето таутомеріне қарағанда біршама тұрақты, себебі енолды таутомер ароматты, ал кето таутомер ароматты емес. кето таутомер ароматты емес енолды таутомер ароматты 13.3 КЕТО-ЕНОЛДЫ ӨЗАРА АУЫСУ Біз енді карбонилді көміртегімен байланысқан сутегі атомының біршама қышқыл екендігін білгендіктен, 5-бөлімде алғаш көрген кето-енолды таутомерлердің өзара бір-біріне ауысуын түсінетін боламыз. Кето-енолды таутомерлердің өзара бір-біріне ауысуы кето-енолды өзара алмасу немесе таутомерлену деп аталады. Өзара алмасу негіз немесе қышқыл қатысында катализденеді. Негіз қатысындағы кето-енолды өзара алмасу механизмі төменде көрсетілген. негіз қатысындағы кето-енолды өзара алмасу механизмі кето таутомер енолят ион енолды таутомер гидроксид-ион кето таутомердің α-көміртегінен бөлінеді, түзілетін анион енолят ион деп аталады. Енолят ионның екі резонанстық құрылымы болады. Оттегінің протондануынан енолды таутомер түзіледі, ал α-көміртегінің протондануынан кето таутомер түзіледі. Қышқыл қатысындағы кето-енолды өзара алмасу механизмі келесідей болады. 100

101 қышқыл қатысындағы кето-енолды өзара алмасу механизмі қышқыл кето таутомердің карбонилді оттегін протондайды. су α-көміртегінен протонды бөліп енол түзіледі. Негіз жəне қышқыл қатысындағы сатылардың баяу жүретіндігіне назар аударыңыздар. Негіз қатысындағы реакцияның бірінші сатысында негіз α-көмір - тегінен протонды бөліп, екінші сатысында оттегі протонданады. Қышқыл қатысындағы реакцияның бірінші сатысында оттегі протонданады жəне екінші сатысында α-көміртегінен протон бөлінеді. 6-ЖАТТЫҒУ Əр қосылыстың енолды таутомерлерін көрсетіңіздер: а. ə. б. 7-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстың екі енолды таутомерлерін көрсетіңіздер. Олардың қайсысы біршама тұрақты? 13.4 ЕНОЛЯТ ИОНДЫ АЛКИЛДЕУ Енолят иондардың резонанстық құрылымында электронға бай екі орын бар: көміртегі мен оттегі: 101

102 енолят ионның резонанстық құрылымы Нуклеофилді орынның (С жəне О) электрофилмен əрекеттесуі электрофилдің табиғатына байланысты. Протондану теріс зарядтың көп жинақталуынан электр терістілігі жоғары болатын оттегі атомында көбірек жүреді. Бірақ та, электрофил протон емес көміртегі болса, онда көміртегі оттегінен де күшті нуклеофил болады. Карбонилді қосылыстың α-көміртегін алкилдеу Енолят ионы нəтижесінде жаңа көміртек-көміртегі байланысы түзілетіндіктен маңызды реакциялардың бірі. Алкилдеу алкилдеуден α-көміртегін кезінде алдыменен α-көміртегінен күшті негізбен протонды бөлініп, соңынан сəйкес галогеналкан қосылады. түзіледі Алкилдеу реакциясы S N 2 механизмі бойынша біріншілік галогеналкандармен жəне метилгалогендермен жақсы жүреді (9.2-бөлім). S N 2 механизмі 3-Dмолекула: ацетонның енолят ионы күшті негіз АСПИРИН СИНТЕЗІ Аспиринді өндірістік синтездеудің бірінші сатысында фенол ионы көміртегі диоксидімен қысым қатысында салицил қышқылы деген атпен белгілі о-гидроксибензой қышқылы түзіледі. Салицил қышқылы сірке ангидридімен əрекеттесіп ацетил салицил қышқылын (аспирин) түзеді. Бірінші дүние жүзілік соғыс кезінде Байер компаниясы аспиринді алуға қажетті рыноктағы барлық фенолды сатып алады. Осының нəтижесінде басқа елдерге жарылғыш зат 2,4,6-тринитрофенолды синтездеуге қажетті фенолдың тапшылығына əкелді. салицил қышқылы о-гидроксибензой қышқылы ацетилсалицил қышқылы аспирин 102

103 8-ЖАТТЫҒУ Келесі енолят иондардың резонанстық құрылымын жазыңыздар: а. пентанон-3 ə. циклогексанон 9-ЖАТТЫҒУ Егер 8-жаттығуда алынатын енолят иондарды бромды этилмен өңдесе, қандай өнім түзіледі? 13.5 β-гидроксиальдегидтер МЕН β-гидроксикетондардың АЛЬДОЛЬДІ ҚОСЫЛУ ФОРМАЛАРЫ Біз 12-тарауда альдегидтер мен кетондардың карбонилді көміртегі электрофил болатындығын көрдік. Онда біз альдегидтер мен кетондардың α-көміртегі атомынан протон бөлініп α-көміртегінің нуклеофилге айналатынын көрдік. Альдольді қосылу реакциясында карбонилді қосылыстың бір молекуласынан протон бөлінгеннен кейін α-көміртегі нуклеофил ретінде электрофилді карбонилді қосылыстың екінші молекуласын шабуылдайды. Осылайша, альдольді қосылу реакциясы екі альдегид немесе екі кетон молекуласы арасындағы реакцияға жатады. Егер реагент альдегид болса, қосылу реакциясының өнімі β-гидроксиальдегид түзіледі, сондықтан реакция альдольді қосылу («аль»- альдегид, «ол» спирт) деп аталады. Ал егер реагент кетон болса, қосылу реакциясының өнімі β-гидроксикетон түзіледі. Реакция нəтижесінде бір молекуланың α-көміртегі атомымен екінші молекуланың карбонилді көміртегі болған атом арасында жаңа С-С байланысы түзіледі. 103

104 Реакция механизмі төменде көрсетілген. альдольді қосылу механизмі (альдегид) Негіздік протон α-көміртегінен бөлініп, енолят ион (нуклеофил) түзіледі. енолят ион екінші карбонилді қосылыс молекуласының карбонилді көміртегіне қосылады. теріс зарядталған оттегі атомы еріткішпен протондалады. Альдольді қосылу карбонилді қосылыстың екі молекуласы арасында жүретіндіктен, əрекеттесетін альдегид немесе кетонмен салыстырғанда түзілген өнімде артық екі көміртегі атомы болады. Жаңа С-С байланысы бір молекуланың α- көміртегі атомымен екінші молекуланың карбонилді көміртегі болған атом арасында түзіледі альдольді қосылу механизмі (альдегид) 104

105 10-ЖАТТЫҒУ 3-D молекулалар: β-гидроксиальдегид; β-гидроксикетон Келесі қосылыстардан альдольді қосылу нəтижесінде қандай өнімдер түзіледі: а. б. ə. в. 11-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстар қандай альдегидтер немесе кетондардан альдольді қосылу нəтижесінде түзіледі: а. 2-этил-3-гидроксигексаналь ə. 4-гидрокси- 4-метил-пентанон-2 б. 2,4- дициклогексил-3-гидроксибутаналь в. 5-этил-5-гидрокси-4-метилгептанон АЛЬДОЛЬДІ ҚОСЫЛУ ӨНІМІНІҢ ДЕГИДРАТАЦИЯСЫ Біз спирттерді қышқыл қатысында қыздырғанда дегидратацияланатындығын көрдік (10.3-бөлім). Альдольді қосылу өнімдері β-оксиальдегид жəне β-гидроксикетон спирттермен салыстырғанда жеңіл дегидратацияланып карбонилді топтың өзгеруінен қос байланыс түзіледі. Қосарлану өнімнің тұрақтылығын арттырады (6.7-бөлім) жəне оның түзілуін жеңілдетеді. Альдольді қосылу өнімінің дегидратациялану реакциясын альдольды конденсация деп аталады. Конденсация реакциясы екі молекуланың қосылуынан кіші молекула бөлініп (көбінесе су немесе спирт), нəтижесінде жаңа С-С байланысы түзіледі. Альдольді конденсация нəтижесінде α,β-қанықпаған альдегид немесе α,β-қанықпаған кетон түзіледі. 105

106 Альдольді қосылу өнімінен су бөлініп альдольді конденсация өнімі түзіледі 12-ЖАТТЫҒУ Циклогексанонның альдольді конденсациясынан қандай өнім алынады? 13-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Келесі қосылыстарды құрамында үш көміртегінен артық емес бастапқы қосылыстан қалай алуға болады? а. ə. 13 а шешімі. Құрамында алты көміртегі бар дұрыс қаңқалы қосылыс альдегидтің альдольді қосылу реакциясынан алынады. Қосылу өнімін дегидратацияласа, қажетті α,βқанықпаған альдегид алынады β-кето ЭФИРЛЕРДІҢ КЛЯЙЗЕН КОНДЕНСАЦИЯСЫНАН ТҮЗІЛУІ Күрделі эфирдің екі молекуласы қатысатын конденсациялану реакциясын Кляйзен конденсациясы деп атайды. Кляйзен конденсациясының өнімі күрделі β-кетоэфир. оқулық: Альдольді реакциялар синтездер. 106

107 Кляйзен конденсациясы да альдольді конденсацияға ұқсас карбонилді қосылыстың бір молекуласы екінші карбонилді қосылыс молекуласымен əрекеттесіп енолят ионға айналады. Кляйзен конденсациясының механизмі Күшті негіз α-көміртегінен протонды бөліп, енолят ион түзіледі. Енолят ион эфирдің екінші молекуласындағы карбонилді көміртегін шабуылдайды. Жаңа С-С байланысы бірінші молекуланың α-көміртегі атомы мен екінші молекуланың карбонилді көміртегі атомы арасында пайда болады. оттегінің теріс зарядталған түрі көміртегі-оттегі арасындағы π-байланысты үзіп, OR - тобын бөліп шығарады. Реакция аяқталғанда OR - тобын протондау үшін НСІ қосады. Кляйзен конденсациясында қолданылатын негіз күрделі эфирден бөлінетін топқа сəйкес болады, сондықтан негіз нуклеофил ретінде карбонил тобын шабуылдаса реагент өзгермейді. Кляйзен конденсациясында жаңа байланыс бір молекуланың α-көміртегімен екінші молекуланың карбонилді көміртегі атомы арасында түзіледі. 107

108 Кляйзен конденсациясындағы нуклеофилдің шабуылы мен альдольді қосылу реакцияларының арасындағы өзгешеліктерге назар аударыңыздар. Кляйзен конденсациясында көміртегі мен оттегі арасындағы π-байланыстағы оттегі теріс зарядталған. Альдольді конденсациядағы дəл сондай теріс зарядталған оттегі ерітіндіден протонды қосып алады. Кляйзен конденсациясы альдольді қосылу Кляйзен конденсациясы мен альдольді қосылу реакцияларының соңғы сатыларының айырмашылығы эфир мен альдегид немесе кетондардың əр түрлі болуында. Эфирлердегі теріс зарядталған оттегімен қосылған көміртегі бөлінетін топпен байланысқан. Ал альдегидтер мен кетондардағы теріс зарядталған оттегімен қосылған көміртегі бөлінетін топпен байланыспаған. Сондықтан Кляйзен конденсациясы нуклеофилді орынбасу реакциясына, ал альдольді қосылу нуклеофилді қосылу реакцияларына жатады. 108 Ө М І Р Б А Я Н Людвиг Кляйзен ( ) Германияда дүниеге келген. Кекуледен білім алып, Бон университетінде философия докторы атағын алған (7.1-бөлім). Кляйзен Бон университетінде, Оуэнс колледжіндее Манчестер, Англия, Мюнхен, Аахен, Киль жəне Берлин университеттерінде химия профессоры болып қызмет атқарған.

109 3-D молекула: β-кетоэфир 14-ЖАТТЫҒУ Келесі реакция өнімдерін жазыңыздар: а. ə. 15-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың қайсысы Кляйзен конденсациясына түспейді? А Ə Б В 16-ЖАТТЫҒУ Келесі β-кетоэфирлерді алу үшін бастапқы зат ретінде қандай қосылыстарды алуға болады? 13.8 КАРБОНИЛ ТОПТАРЫ 3-ЖАҒДАЙДА БОЛАТЫН КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ ДЕКАРБОКСИЛДЕНУІ Карбоксилатты иондардан алкандардағыдай СО 2 молекуласы бөлінбейді, этаннан бөлінетін топ карбанион болғандықтан протонын бөлмейді. Карбаниондар өте күшті негіздер, сондықтан нашар бөлінетін топқа жатады. оқулық: Кляйзен реакциялары- синтездер 109

110 Егер СО 2 тобы карбонил тобындағы көміртегімен байланысқан болса, бөлінген кезде электрондар карбонилді оттегінде делокализацияланады. Сондықтан карбонил тобы 3-орында болатын карбоксилат иондарынан қыздырған кезде СО 2 тобы бөлінеді. Молекуладан СО 2 тобының бөлінуі декарбоксилдену деп аталады. α-көміртегінен СО 2 тобының бөлінуі Карбонилді топтың жанындағы α-көміртегінен СО 2 топ пен α-көміртегінен протонның бөлінуіндегі ұқсастыққа назар аударыңыздар. Екі реакциядағы орынбасарлар бірінші жағдайда СО 2 тобы α-көміртегінен, ал екінші жағдайда α-көміртегінен Н + бөлініп электрондар оттегінде делокализацияланады. Карбонил тобы 3- орында болатын карбон қышқылдарын қыздырған кезде СО 2 тобы бөлінеді α-көміртегінен Н + бөлінуі Егер реакцияны қышқылдық ортада жүргізсе, декарбоксилдену жеңіл жүреді. Себебі, реакция протонның карбоксилді топтан карбонилді оттегіне молекула ішілік ауысуынан катализденеді. Нəтижесінде түзілген енол таутомерленіп, кетонға өзгереді. 110

111 Осылайша, 3-орында карбонил тобы бар карбон қышқылдары мен карбоксилат иондарын қыздырған кезде СО 2 молекуласы бөлінеді. 3-оксогексан қышқылы пентанон-2 2-оксоциклогексан қышқылы циклогексанон пропион қышқылы α-метилмалон қышқылы 17-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың қайсысын қыздырғанда СО 2 бөлінеді? А Ə Б В 13.9 МАЛОН ЭФИРІНІҢ СИНТЕЗІ: КАРБОН ҚЫШҚЫЛЫН СИНТЕЗДЕУ ƏДІСІ Бұл тарауда қарастырылатын 3-орында карбонил тобы бар карбон қышқылдарын декарбоксилдеу жəне α-көміртегін алкилдеу реакциялары кез келген ұзын тізбекті карбон қышқылдарын алуға қолданылады. Бұл малон қышқылының диэтил эфирін синтездеуге қажетті бастапқы зат малон қышқылын алу жолы деп аталады. Карбон қышқылының алғашқы екі 111

112 көміртегі малон эфирінен синтезделеді, ал қалған карбон қышқылы синтездің екінші сатысында қолданылатын галогеналкандардан алынады. малон эфирінің синтезі Малон эфирінің синтезі төменде берілген. негіз екі эфир тобының ортасындағы α- көміртегінен протонды жеңіл бөледі (рк а =13). түзілген α-карбанион галогеналканмен əрекеттесіп α-орынбасқан малон эфиріне өзгереді. Сондықтан алкилдеу S N 2 реакциясы бойынша жүреді жəне біріншілік галогеналкандар мен метилгалогендермен жеңіл жүреді (9.2-бөлім). α-орынбасқан малон эфирін қышқылдың сулы ерітіндісінде қыздырғанда екі күрделі эфир топтары да гидролизденеді. Ары қарай қыздыру α-орынбасқан малон қышқылын декарбоксилдейді. Малон эфирі карбон қышқылы мен одан екі көміртегі атомы көп галогеналкандардан синтезделеді. оқулық: Малон эфирінің синтезі 112

113 18-ЖАТТЫҒУ Келесі карбон қышқылдарынан малон эфирлерін синтездеу үшін қандай бромды алкилдер қолданылады? а. пропан қышқылы ə. 3-фенилпропан қышқылы б. 4-метилпентан қышқылы АЦЕТОСІРКЕ ЭФИРІНІҢ СИНТЕЗІ: МЕТИЛКЕТОНДЫ СИНТЕЗДЕУ ƏДІСІ Ацетосірке эфирі мен күрделі малон эфирі синтезі арасындағы жалғыз айырмашылық бастапқы зат ретінде малон эфирі емес, ацетосірке эфирінің қолданылуында. Бастапқы заттардағы айырмашылықтан ацетосірке эфирінің өнімі карбон қышқылы емес метилкетон болады. Метил кетонның карбонилді тобы мен көміртегі атомы ацетосірке қышқылынан алынады, қалған кетондық бөлігі реакцияның екінші сатысында қолданылатын галогеналканнан алынады. ацетосірке эфирінің синтезі Ацетосірке эфирі мен күрделі малон эфирлерінің синтездері ұқсас. Ацетосірке эфирі синтезінің соңғы сатысы орынбаспаған малон қышқылының түзілуі емес, орынбасқан ацетосірке қышқылының декарбоксилденуі. оқулық: ацетосірке эфирінің синтезі Ацетосірке эфирі метилкетон мен одан екі көміртегі атомына көп галогеналкандардан синтезделеді. 113

114 19-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Метилпропонаттан 4-метилгептанон-3-ті қалай алуға болады? метилпропанат 4-метилгептанон-3 Шешімі: Бастапқы зат күрделі эфир жəне молекула нысанда бастапқы затпен салыстырғанда алты көміртегі атомына артық болғандықтан, бұл синтезді бастау үшін Кляйзен конденсациясын қолданған дұрыс. Кляйзен конденсациясында екі карбонил тобының ортасында болғандықтан, қажетті көміртегі жеңіл алкилденетін β-кетоэфир түзіледі. Қышқыл катализаторы қатысындағы гидролизде қыздырған кезде жеңіл декарбоксилденетін карбон қышқылы түзіледі. 114

115 20-ЖАТТЫҒУ Келесі метилкетондардан ацетосірке эфирлерін алу үшін қандай бромалкандар қолданылады? а. пентанон-2 ə. октанон-2 б. 4-фенилбутанон БИОЛОГИЯЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДЕГІ α-көміртегі БОЙЫНША ЖҮРЕТІН РЕАКЦИЯЛАР Биологиялық жүйелерде жүретін көптеген реакциялар біз осы бөлімде қарастырған α-көміртегі бойынша жүретін реакциялар. Енді біз олардың бірнеше мысалдарын қарастырайық. Биологиялық альдольді қосылу Глюкоза, табиғатта көп кездесетін биологиялық жүйелерде пируваттың екі молекуласынан синтезделетін қант. Пируваттың екі молекуласы глюкозаға өзгеруімен жүретін реакциялар глюконеогенез деп аталады. Глюкозаның қайтадан екі молекула пируватқа ыдырауы гликолиз деп аталады (18.4-бөлім). Глюкоза молекуласында пируватпен салыстырғанда көміртегі саны екі есе көп болғандықтан, сіздер глюкоза биосинтезі сатыларының бірі альдольді қосылу реакциясы екендігіне таң қалмауыңыз керек. Альдолаза деп аталатын фермент дигидроксиацетон фосфаты мен глицеральдегид-3-фосфат арасындағы альдольді қосылу реакциясын катализдейді (17.3-бөлім). Реакция өнімі соңынан глюкозаға өзгеретін фруктоза-1,6-фосфат. 115

116 альдолаза дигидроксиацетон фосфат фруктоза-1,6-дифосфат глицеральдегид-3-фосфат 21-ЖАТТЫҒУ 3-D молекула: альдолаза Фруктоза-1,6-дифосфатты дигидроксиацетонсинтетаза фосфат пен глицеральдегид-3- фосфаттан ОН - катализаторы қатысында түзілуін көрсетіңіздер. Биологиялық альдольді конденсация Коллаген ұсақ қоректілер организміндегі жалпы ақуыздың төрттен бір бөлігін құрайтын негізгі ақуыз. Ол сүйек ұлпасының, тістің, терінің, сіңірдің жəне шеміршектің жіпшелі компоненті. Коллагеннің жеке молекулалары тек жас малдың ұлпаларынан ғана бөлініп алынады. Үлкен малдардың жеке молекулалары тігісіп бірігіп кетеді, сондықтан үлкен малдың еті жас малдың етіне қарағанда қатты келеді. Коллаген тармақтала жүретін альдольді конденсация реакциясына мысал бола алады. Конденсация тармақтала жүру үшін коллаген молекуласының аммоний топтары альдегид топтарына алмасуы керек. Бұл реакцияны катализдейтін фермент лизил-оксидаза деп аталады. Екі альдегид топтарының арасындағы альдольді конденсация ақуыздың тармақтала түзілуіне əкеледі. 116

117 Биологиялық Кляйзен конденсациясы Ұзын тізбекті тармақталмаған карбон қышқылдары май қышқылдарына жатады (11.10 жəне 19.1-бөлім). Табиғатта көп кездесетін май қышқылдары құрамында екі көміртегі атомы бар сірке қышқылынан синтезделетіндіктен көміртегі атомдарының жұп сандарынан тұрады. Биологиялық реакциялар физиологиялық рн (7,3) жүретіндіктен реагент протоны жоқ сірке қышқылының ацетаты. Біз карбоксилат иондарының нуклеофилді шабуылға инертті екендігін көрдік (11.11-бөлім). Карбоксилат иондарын тиоэфирлерге ауыстыру арқылы биологиялық жүйелердің белсенділігін арттыруға болады. Тиоэфирлер карбоксилатты оттегінің орнында күкірт атомы болатын күрделі эфирлер. Бұл реакция АТФ қажет етеді; АТФ карбоксилат ионындағы тиолға алмасатын топты бөледі (18.2-бөлім). Тиол дегеніміз құрамындағы оттегі атомының орнында күкірт атомы болатын спирт. Тиолдар көбінесе тиоэфирлер алу үшін кофермент А деп аталатын фермент түрінде қолданылады. АТФ ацетат кофермент А ацетил-к о А малонил-к о А ацетат кофермент А ацетил К о А Май қышқылдарын синтездеу үшін қажетті реагенттердің бірі ацетил К о А карбоксилдеу арқылы алынатын малонил К о А (17.8-бөлім). ацетил-к о А малонил-к о А Май қышқылдарының синтезі алдында ацетил-к о А мен малонил-к о А ацил топтары қайта этерификация реакциясымен басқа тиолдарға ауысады (11.8-бөлім). 117

118 Тиоэфир мен малонил тиоэфирінің молекулалары май қышқылдары биосинтезінің бірінші сатысының реагенттері. Кляйзен конденсациясының бірінші сатысы. Біз Кляйзен конденсациясында нуклеофил күшті негіз ретінде α-протонды бөлу үшін қажет екендігін көрдік. Тірі жасушаларда күшті негіздер болмайды, өйткені биологиялық реакциялар бейтарап рн-та жүреді. Осылайша қажетті нуклеофил малонил тиоэфирінің α- көміртегінен протонның бөлінуінен емес, СО 2 бөлінуінен пайда болады. (3-орында карбонил тобы бар карбон қышқылдарының жеңіл декарбоксилденетіндігін естеріңізге саламыз, 13.8-бөлімді қараңыздар). Конденсация реакциясының өнімі молекуланың қысқаруы дегидратация жəне екінші өнімі төрт көміртекті тиоэфир. Төрт көміртекті тиоэфир мен малонил тиоэфирінің молекуласы екінші сатының реактивтері. Тағы да конденсация өнімі молекуланың қысқаруы, дегидратация жəне екінші қысқарудан алты көміртекті тиоэфирдің түзілуі. Реакция сатылары қайталанады жəне əр сатыда тізбекке екіден көп көміртегі атомдары қосылып отырады. Енді біз не себепті табиғи май қышқылдарының тармақталмаған тізбекті жəне көміртегі атомдарының жұп сандарынан тұратындығын түсінетін боламыз. Сəйкес көміртегі атомдары бар тиоэфир алынғаннан кейін ол глицеринмен қайта этерификациялану реакциясына түсіп майлар мен фосфолипидтер түзіледі (11,10, 19,3 жəне 19,5- бөлімдерді қараңыздар). 118 оқулық: жалпы реакция жағдайлары: α-көміртегі бойынша жүретін реакциялар

119 22-ЖАТТЫҒУ Пальмитин қышқылы 16 көміртекті тармақталмаған қаныққан май қышқылы. 1 Моль пальмитин қышқылын синтездеу үшін малонил-к о А қанша молі қажет? 23-ЖАТТЫҒУ а. Егер пальмитин қышқылының биосинтезін CD 3 COSR жəне дейтерленбеген малонил тиоэфирімен жүргізсе, пальмитин қышқылына қанша дейтерийі қатысады? ə. Егер пальмитин қышқылының биосинтезін - OOCCD 2 COSR жəне дейтерленбеген ацетил тиоэфирімен жүргізсе, пальмитин қышқылына қанша дейтерийі қатысады? ҚОРЫТЫНДЫ Альдегидтер мен кетондар немесе күрделі эфирлердің α-көміртегіндегі сутектік байланыс күшті негізбен бөлінуі үшін біршама қышқыл болады. Себебі, протон бөлінгенде оттегі атомындағы теріс зарядтардың делокализациялануынан негіз түзіледі. Альдегидтер мен кетондар (рка=16-20) күрделі эфирлерге (рк а ~25) қарағанда қышқыл. β-дикетондар (рк а ~9) мен β-кетоэфирлердің (рк а ~11) қышқылдығы одан да жоғары. Таутомерлену деп аталатын кето-енолдық өзара ауысу қышқыл немесе негіздермен катализденеді. Кето таутомер біршама тұрақты. Енолят иондар α-көміртегін алкилдейді. Альдольді қосылуда альдегидтің немесе кетонның енолят ионы екінші альдегид немесе кетон молекуласының карбонилді көміртегін шабуылдап, β- гидроксиальдегид немесе β-гидроксикетон түзіледі. Жаңа С-С байланысы бірінші молекуланың α-көміртегі мен екінші молекуланың карбонилді көміртегі болған көміртегі атомы арасында түзіледі. Альдольді қосылу өнімін дегидратациялау нəтижесінде альдольді конденсация өнімі түзіледі. Кляйзен конденсациясында күрделі эфирдің енолят ионы екінші эфир молекуласының карбонилді көміртегін шабуылдап, OR - тобын бөліп β-кето күрделі эфир түзіледі. 3-орында карбонилді тобы бар карбон қышқылдары қыздырғанда декарбоксилденеді. Карбон қышқылдары малон эфирінің синтезі арқылы алынады; күрделі диэфирдің α-көміртегі алкилденеді жəне орынбасқан малон қышқылдары гидролизденеді жəне қышқыл қатысында декарбоксилденеді; алынған карбон қышқылында галогеналканмен салыстырғанда екі көміртегі атомы көп болады. Осыған ұқсас, метил кетондарды ацетосірке эфирін синтездеу жолымен алуға болады; карбонилді топ жəне көміртегі атомы бойынша ацетосірке эфирі түзіледі, ал қалған метил кетон галогеналканнан алынады. 119

120 РЕАКЦИЯ ҚОРЫТЫНДЫЛАРЫ 1. Негіз катализаторы қатысындағы кето-енолды өзара ауысу (13.3-бөлім) 2. Қышқыл катализаторы қатысындағы кето-енолды өзара ауысу (13.3-бөлім) 3. Енолят иондарын алкилдеу (13.4-бөлім). 4. Альдольді қосылу (13.5-бөлім). 5. Альдольді қосылу өнімінің дегидратациясы (13.6-бөлім). 6. Кляйзен конденсациясы (13.7-бөлім). 120

121 7. 3-Орында карбонил тобы бар карбон қышқылдарының декарбоксилденуі (13.8-бөлім). 8. Малон эфирінің синтезі: Карбон қышқылдарын алу (13.9-бөлімді қараңыздар). 9. Ацетосірке эфирінің синтезі: метилкетондарды алу (13.10-бөлім). ЖАТТЫҒУЛАР 24. Келесі берілген əр қосылыстың құрылымдық формуласын көрсетіңіздер: а. β-кетоэфир ə. циклопентанонның енолды таутомері б. малон қышқылының күрделі эфирін бромды пропилді қолданып алу 25. Келесі қосылыстардың енолды таутомерлерін көрсетіңіздер. Егер қосылыста бірден көп енолды таутомер болса, олардың қайсысының тұрақты болатындығын көрсетіңіздер. а. ə. б. 26. Келесі қосылыстарды қышқылдық қасиеттерінің төмендеуі бойынша қатарға орналастырыңыздар: а. 121

122 ə. б. 27. Күрделі малон эфирінің синтезі бойынша гексан қышқылын алу жолын көрсетіңіздер. 28. Арахидон қышқылы 20 көміртегі атомынан тұратын қаныққан май қышқылы.1 моль арахидон қышқылын алу үшін қанша моль малонил-к о А қажет? 29. а. Арахидон қышқылының биосинтезі CD 3 COSR мен дейтерленбеген малонил тиоэфирімен жүргізілсе арахидон қышқылын алу үшін қанша дейтерий қажет? ə. Егер арахидон қышқылының биосинтезі CD 3 COSR мен дейтерленбеген ацетил тиоэфирімен жүргізілсе, арахидон қышқылын алу үшін қанша дейтерий қажет? 30. Сутегімен байланысқан пропеннің sp 3 көміртегі рк а мəні 13.1-кестеде көрсетілген қосылыстардың рка мəнінен көп, бірақ алкандардың рка мəндерінен аз. Себебін түсіндіріңіздер. 31. Метилацетат жəне метилпропанаттың NaOCH 3 метанол ерітіндісіндегі қоспадан алынатын төрт β-кетоэфирлердің құрылымын көрсетіңіздер. 32. β,α-қанықпаған карбонилді қосылыстарды қышқыл немесе негіз қатысында коньюгирленген β,α-қанықпаған тұрақты қосылысқа ауыстырыңыз. а. Негіз катализаторы қатысындағы қайта топтасу механизмін көрсетіңіздер. ə. Қышқыл катализаторы қатысындағы қайта топтасу механизмін көрсетіңіздер. Н 3 О + немесе НО - β,γ-қанықпаған карбонилді қосылыс α,β-қанықпаған карбонилді қосылыс 33. Гептандион-2,6 мен нонадион-2,8-ді натрий гидроксидімен өңдесе алты мүшелі сақиналы өнім түзіледі. Түзілген қосылыстардың құрылымын көрсетіңіздер. 34. а. Не себепті 2-метил-1-фенил-1-бутанонның рацематтық қоспасынан негіздің сулы ерітіндісінде еріткенде (R)-2-метил-1-фенил-1-бутанон түзіледі. ə. Рацематты қоспаны негіздің сулы ерітіндісінде еріткенде түзілетін басқа кетонға мысал келтіріңіздер. 35. Молекула ішілік Кляйзен конденсациясы Дикман конденсациясы деп аталады. Келесі қосылыстар үшін Дикман конденсациясының механизмін көрсетіңіздер. β-кетоэфир 122 1,7-диэфир

123 36. 1,6-Диэфир Дикман конденсациясына түскенде қандай өнім түзіледі? 37. Төмендегі қосылыстардан қандай өнімдер алынады. а. ə. 38. Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер: а. диэтиловый гептадиоат: (1) натрий этоксиді, (2) HCl ə. диэтил 2-этилгександиоат: (1) натрий этоксиді, (2) HCl б. диэтилмалонат: (1) натрий этоксиді, (2) изобутил бромиді, (3) HCl, в. октандион-2,7 + натрий гидроксидінің сулы ерітіндісі 39. β-дикарбон қышқылдары мен β-кетоқышқылдары қандай жоғарғы температурада декарбоксилденеді? 40. Циклогексанонның сулы ерітіндісін NaOD-мен D 2 O-де бірнеше сағат шайқаса қандай қосылыс түзіледі? 41. Не себепті келесідей карбон қышқылы малон эфирін синтездеу жолымен алынбайды: 42. Бутаналь мен пентанальдің қоспасынан негіздің сулы ерітіндісінде түзілетін төрт β- гидроксиальдегидтердің құрылысын көрсетіңіздер. 43. а. Пентадион-2,4 енолды таутомерін көрсетіңіздер. ə. Кетондардың көпшілігі сулы ерітіндіде 1% енолды формада болады. Не себепті пентадион-2,4 енолды таутомерінің көп кездесетіндігін (15%) түсіндіріңіздер. 44. Келесі реакцияның негізгі өнімін көрсетіңіздер: артық мөлшерде 45. Нингидрин амин қышқылымен əрекеттесіп, күлгін түсті қосылыс түзіледі. Түсті қосылыстың түзілу механизмін көрсетіңіздер. нингидрин амин қышқылы күлгін түсті қосылыс 123

124 14-ТАРАУ ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫН АНЫҚТАУ Органикалық қосылыстардың құрылысын анықтау органикалық химияның маңызды бір бөлімі. Химиктер үнемі құрылысын дəлелдеуді қажет ететін қосылыстарды синтездейді. Мысалы, алкинге қышқыл катализаторы қатысында судың қосылуынан кетон түзілетіндігі белгілі (5.11-бөлім). Бірақ бұл реакция өнімі шындығында да кетон екендігі қалай анықталады? Дүние жүзіндегі барлық ғалымдар физиологиялық белсенді жаңа қосылыстарды іздестіреді. Егер болашағы зор қосылыс табылса, оның құрылысы анықталуы керек. Химиктер оның құрылысын білмесе қосылысты синтездеу жолын іздестіре алмайды, оның биологиялық белсенділігіне жауап беретін зерттеулерді жүргізе алмайды. Өз кезінде органикалық қосылыстардың құрылысын анықтау қарапайым емес жəне талдауға қажет қосылыстарды алу өте қиын болатындай қосылыстардың көп мөлшерін қажет етеді. Қазіргі кезде органикалық қосылыстардың құрылысын анықтау үшін əртүрлі аспаптық əдістер қолданылады. Бұл əдістер қосылыстардың аз мөлшерімен жылдам орындалады. Біз қосарланған қос байланыстары бар органикалық қосылыстардың құрылысы жайлы мəлімет беретін мұндай əдістердің бірі: ультракүлгін/көрінетін 124

125 (УК/ИҚ) спектроскопиясын қарастырғанбыз (7.10-бөлім). Бұл тарауда біз үштен артық аспаптық əдістерді қарастырамыз. Бізге қосылыстың молекулалық массасы мен молекулалық формуласын, сондай-ақ оның кейбір құрылымдық ерекшеліктерін анықтауға мүмкіндік беретін масс-спектрометрия əдісі. Қосылыстың құрамындағы функционалдық топтарын анықтауға мүмкіндік беретін инфрақызыл спектроскопиясы (ИҚ) жəне көміртек-сутектік құрылысы жайлы ақпарат беретін ядролық магниттік резонанс (ЯМР). Біз əртүрлі аспаптық əдістерді қарастырғанда түрлі органикалық қосылыс кластарын қамтимыз; бұл қосылыс кластары ыңғайлы болу үшін кітаптың соңғы бетінде берілген МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ Бізге қосылыстың молекулалық массасы мен молекулалық формуласын, анықтауға мүмкіндік беретін əдістердің бірі масс-спектрометрия. Бұдан басқа ол бізге қосылыстың құрылысы жайлы басқа да мəлімет береді. Масс-спектрометрияда қосылыстың аз мөлшері масс-спектрометр деп аталатын аспапқа енгізіледі. Онда ол буланып, жоғарғы энергиялы электрондар ағынымен атқыланады. Электрондар ағыны молекулаға тиген кезде одан электрон бөлініп молекулалық ион пайда болады. Молекулалық ион жұпсыз электрон мен оң зарядтан тұратын катион-радикал. электрон ағыны молекула молекулалық ион катион радикал электрон Электрондық атқылау молекулалық ионға көп кинетикалық энергия шашатындықтан, олардың көпшілігі кішкентай катиондарға, бейтарап молекула радикалдары мен басқа радикалды катиондарға ыдырайды. Байланыстардың, əсіресе əлсіз байланыстардың үзіліп, біршама тұрақты өнімдердің түзілуі таңқаларлықтай емес. Молекуланың барлық оң зарядталған бөліктері анализатор түтігіндегі бөліктерді жылдамдататын теріс зарядталған екі пластина арасында жинақталып иондар коллектор тесігі арқылы шығады (14.1-сурет). Иондар бөлігі неғұрлым тұрақты болса, олардың коллекторға одан əрі бұзылмай келу мүмкіндігі көп. Кəдімгі бөліктері теріс зарядталған пластинаға жинақталмайды, сондықтан жылдам қозғалады. Соңында олар спектрометрден шығарылып тасталады. Масс-спектрометр əр бөліктің массасының зарядына қатынасының (m/z) саны салыстырмалы қисық түрінде жазады. Себебі, тек оң зарядталған бөліктер ғана жылдамдайды, барлық бөліктердегі коллекторға жеткен заряд (z) +1 болады. Соныменен m/z мəні бөліктің молекулалық массасы (m). 125

126 14.1-сурет Масс-спектрометрдің сызбанұсқалық диаграммасы Масс-спектрометрдің принципиалдық сызбанұсқасы. Электрон шоғырының жоғарғы энергиясы молекуланың иондануына жəне бөлшектенуіне əкеледі. Оң зарядталған бөліктері анализатор түтігі арқылы өтеді. Магниттік өрістің өзгеруі бөлшектерді массасының зарядына қатынасы бойынша бөлуге мүмкіндік береді. Масс-спектрометр тек оң зарядталған бөлшектерді тіркейді 1-ЖАТТЫҒУ Масс-спектрометрде алынған келесі бөлшектің қайсысы анализатор түтігінде күшейеді? 14.2 МАСС-СПЕКТР БӨЛШЕКТЕНУ Пентанның масс-спектрі 14.2-суретте көрсетілген. Спектрдегі əр m/z мəні бір бөлшектің молекулалық массасы. Бұл жерде m/z мəні ең жоғары шың, молекуланы атқылағанда шығатын m/z=72 тең бөлшек молекулалық ион (М). (Өте кішкентай шың m/z=73 кейінірек түсіндіріледі). Молекулалық ионның m/z сол қосылыстың молекулалық массасын береді. 126

127 Байланыстағы өзінің электронын жоғалтатындықтан, молекулалық ион жақшаның ішінде жазылады жəне оң заряд пен жұптаспаған электрон барлық құрылымдарда көрсетілген. Шыңдардың иондық бөлігі деп аталатын m/z мəні кіші шыңдар молекулалық ионның оң зарядталған бөлігі. Негізінен көп мөлшерде болатын ионның шыңы да ең биік шың болады. Масс-спектр қосылыстың құрылысы жайлы ақпарат береді, себебі m/z пен фрагменттің салыстырмалы мөлшері молекулалық ионның тұрақтылығы мен фрагменттердің тұрақтылығына тəуелді. Əлсіз байланыстар жеңіл үзіледі жəне үзілген байланыстар үзілмейтіндей біршама тұрақты бөлшектер түзіледі. Мысалы, пентаннан түзілетін молекулалық иондағы барлық С-С байланыстардың күштері бірдей болады. Бірақ та С2-С3 байланысы С1-С2 байланысына қарағанда берігірек, сондықтан С2-С3 байланысы бойынша бөлшектенуі біріншілік карбкатион мен біріншілік радикал түзілетін байланыстарын бірге алғанда С1-С2 байланыстарының бөлшектенуінен түзілетін біріншілік карбкатион мен метил радикалына (немесе біріншілік радикал мен метил катионы) қарағанда тұрақты. (Карбкатиондардың салыстырмалы тұрақтылығы келесі иондар қатар бойынша орналасады: 3 > 2 > 1 > метил). С2-С3 байланысы бойынша бөлшектенуден түзілген иондар m/z=43 немесе 29, ал С1-С2 байланысы бойынша түзілген иондар m/z=57 немесе сурет Пентанның масс-спектрі. Негізгі бөлшектің шың биіктігі ең жоғарғы шың. Молекулалық ионның m/z мəні қосылыстың молекулалық массасын береді. 127

128 Пентанның масс-спектріндегі негізгі шың 43 С2-С3 байланысы бойынша бөлшектенудің көп болатындығын көрсетеді. молекулалық ион Бөлшектенген иондарды идентификациялау жолын берілген бөлшекпен молекулалық ионның m/z мəндерінің арасындағы айырмашылықты анықтау үшін қолданады. Мысалы, пенаның масс-спектріндегі m/z=43 тең иондық бөлшек молекулалық ионнан 29 санына кем (72- Бөлшектерден молекулалық иондардың түзілуі ондағы байланыстар күші мен бөлшектердің тұрақтылығына тəуелді. 43=29). Этил радикалының (CH 3 CH 2 ) молекулалық массасы 29 (себебі, С жəне Н атомдық массасы 12 жəне 1). Сондықтан массасы 43 тең шыңды теріс зарядталған этил радикалының молекулалық ионына жатқызуға болады. Осылайша, m/z=57 тең иондық бөлшекті теріс зарядты метил радикалына жатқызуға болады (72-57=15). Ал m/z=15 жəне m/z=29 тең шыңдарды метил жəне этил катиондарына сəйкес келеді. 2-Метилбутанның да молекулалық формуласы пентанға ұқсас болғандықтан m/z=72 тең (14.3-сурет). Оның да спектрі пентанның спектріне ұқсас, тек метил радикалының бөлінуін көрсететін m/z=57 тең шың біршама интенсивті болады. 2-Метилбутан пентанға қарағанда екіншілік карбкатион түзілгенде метил радикалын жеңіл бөледі. Бұған керісінше, пентаннан метил радикалы бөлінгенде тұрақсыз біріншілік карбкатион түзіледі. молекулалық ион m/z =

129 Салыстырмалы биіктік 14.3-сурет 2-Метилбутанның масс-спектрі 2-ЖАТТЫҒУ 3-Метилпентанның масс-спектріндегі негізгі шыңның m/z мəні қандай болады? 3-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Тұрақты екі циклоалканның масс-спектріндегі молекулалық ион шыңдары m/z=98. Бірінші спектрдегі негізгі шың m/z=69, ал екінші шыңның m/z=83 тең. Циклоалкандарды анықтаңыздар. Шешімі: Циклоалкандардың молекулалық формуласы C n H 2n. Екі циклоалканның да молекулалық массасы 98 тең болғандықтан, олардың молекулалық формуласы C 7 H 14 (7 х 12 =84; 84+14=98). Негізгі шың (69) этил орынбасарының бөлінетіндігін (98-69=29), ал екінші шың (83) метил орынбасарының бөлінетіндігін көрсетеді (98-83=15). Екі циклоалканда тұрақты болғандықтан, біз оларды үш немесе төрт мүшелі сақиналы емес екендігін жорамалдаймыз. Негізгі шыңдағы циклоалканның жеті көміртегі этилциклопентаннан этил орынбасарының бөлінетіндігін көрсетеді. Ал екінші циклоалканның негізгі шыңындағы жеті көміртегі метилциклогексаннан метил орынбасарының бөлінетіндігін көрсетеді. электрон шоғыры электрон шоғыры этилциклопентан метилциклопентан 129

130 14.3 МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯДАҒЫ ИЗОТОПТАР Пентан мен 2-метилбутанның молекулалық иондарының m/z мəні 72 тең, əр спектрде кіші шыңның m/z мəні 73 тең (14.2 жəне 14.3-суреттер). Бұл шың М+1 деп аталады, себебі ондағы ион молекулалық ионнан біршама ауыр. Мұндай шың əр 100 көміртегінің бірі 12 С емес 13 С түрінде кездесетіндіктен болады. Сондықтан масс-спектрометр 13 С бар кез келген пайда болатын жеке М+1 молекулаларды тіркейді. Кейбір табиғатта кездесетін элементтердің изотоптары 14.1-кестеде берілген. Спектр М+2 биік шың қосылыстың құрамында хлор немесе бром атомдарының болатындығын білдіреді. Себебі, табиғатта бұл элементтердің əрқайсысының кең таралған изотоптарынан екі бірлікке ауыр изотоптары кездеседі кестеде берілген хлор мен бромның изотоптарының мəндерінен, егер шың молекулалық ион шыңы биіктігінің 1/3 болса, табиғатта кездесетін 34 СІ изотопы 35 СІ-дың 1/3 бөлігін құрайтындықтан бір хлор атомы бар деп қорытынды жасаймыз. Егер М жəне сондай биіктіктегі шың М+2 болса, бұл қосылыста табиғатта кездесетін 79 Br жəне 81 Br изотопы бар бір бром атомы болады кесте. Органикалық қосылыстардан табылған табиғатта кездесетін изотоптар Табиғаттағы Элемент Элемент изотоптары Табиғаттағы изотоптары Көміртегі сутегі Азот Фтор Хлор Бром Оттегі Йод Күкірт 130

131 4-ЖАТТЫҒУ 14.4-суреттегі масс-спектрге сəйкес келетін галогеналканды табыңыздар? Салыстырмалы биіктік 14.4-сурет 4-жаттығуға арналған масс-спектр 5-ЖАТТЫҒУ 1-Хлорпропанның масс-спектрін сызып көрсетіңіздер ҮЛГІЛЕРДІҢ БӨЛШЕКТЕНУІ Əр функционалдық топтың қосылысты анықтауға мүмкіндік беретіндей бөлшектену үлгілері болады. Көптеген қосылыстардың масс-спектрлерін зерттегеннен кейін олардың құрамындағы нақты функционалдық топтардың үлгілері белгілі бола бастады. Біз мысал ретінде кетондардың бөлшектену үлгілерін қарастырамыз. Электрондық атқылау кезінде молекула өзінің байланыстырушы электрондары сияқты байланыспаған электрондарды мықты ұстап тұра алмайтындықтан жұпсыз электронды ығыстырады. Сондықтан, кетонды электрондармен атқылағанда молекуладан бөлінбеген оттегі электрондары шығып молекулалық ион түзіледі. пентанон-2 131

132 С=О байланысының жанындағы С-С байланысының бөлшектенуінен молекулалық иондағы əр көміртегінде жұпсыз бір электроннан болады. С-С байланысы біршама жеңіл үзіледі, себебі екі атомда да оң заряд болатындықтан түзілетін катиондар əлсіз келеді. Карбонилді топқа қосылған алкил топтарының бірінде γ-сутегі атомы болса, бөлшектену алты мүшелі сақинаның аралық күйі арқылы жеңіл жүреді. Бұл кезде α-көміртегі жəне β- көміртегі арасындағы байланыстың үзілуінен қайта топтасу жүреді, əр көміртегі атомынан бір электрон жəне γ-көміртегіндегі сутегі атомы оттегі атомына қарай ауысады. Осылайша бөлшектену оң заряд екі атомда бірдей болатын катионның түзілуінен əкеледі. Меңзердің бір ұшының сүйір болуы бір электронның қозғалысын көрсететіндігін естеріңізге саламыз 6-ЖАТТЫҒУ 14.5-суретте көрсетілген масс-спектрдің қандай кетонға сəйкес екендігін анықтаңыздар. Салыстырмалы биіктік 14.5-сурет 6-жаттығуға арналған масс-спектр 132

133 7-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың масс-спектрлерінде қандай айырмашылықтар болады? 14.5 МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФОРМУЛАНЫ АНЫҚТАУДАҒЫ ЖОҒАРҒЫ ЖИІЛІКТІ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ Жоғарғы жиілікті масс-спектрометрлер бөлшектің молекулалық массасын 0,0001 атомдық бірліктегі (АМБ) дəлдікке дейін анықтайды. Бұл номиналды (бүтін сандары ұқсас) массалары бірдей қосылыстарды ажыратуға мүмкіндік береді. Мысалы, келесі тізімде молекулалық массалары 122 а.м.б. алты қосылыс студенттерге арналған оқулық: кетондардың бөлшектенуі көрсетілген, бірақ олардың əр қайсысының нақты дəл молекулалық массалары əр түрлі. Қосылыстың нақты молекулалық массасы бойынша оның молекулалық формуласын анықтайтын компьютерлік бағдарламалар да кездеседі. Номиналды молекулалық массалары 122 а.м.б. болатын кейбір қосылыстар жəне олардың нақты молекулалық массалары мен молекулалық формулалары Нақты молекулалық масса(а.м.б.) Молекулалық формула C 9 H 14 C 7 H 10 N 2 C 8 H 10 O C 7 H 6 O 2 C 4 H 10 O 4 C 4 H 10 S 2 МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯНЫ КРИМИНАЛИСТИКАДА ҚОЛДАНУ Сот медицинасы ақиқатты анықтау мақсатында қолданылатын ғылым. Масс-спектрометрия сот медициналық сараптаудағы маңызды құрал. Ол организмдегі сұйықтағы анаша мен оның деңгейін жəне басқа да улы заттарды анықтауда қолданылады. Сондай-ақ ол 1 сағаттан 1 күнге, айларға, тіпті жылға дейінгі аралықта өсетін шаштағы анаша мөлшерін де анықтайды. Бұл алғаш рет 1955 жылы Франциядағы велосипед жарысына қатысушы спортшылардағы анашаны анықтауға қолданылған. (бұл тестердің жиырма пайызы оң нəтиже берген). Масс-спектрометрия, сондай-ақ жарылғыш заттар мен жарылыстан кейінгі жарылғыш заттардың қалдықтарын анықтауда жəне бояу, желім жəне түктерді де сараптауда қолданылады. 8-ЖАТТЫҒУ Қайсы молекулалық формулалардың нақты молекулалық массасы 86,1096 а.м.б. болады: C 6 H 14, C 4 H 10 N 2 немесе C 4 H 6 O 2? Нақты массалар (м.а.б.): 1 H=1,007825, 12 C=12,00000; 14 N=14,0031, 16 O=15,

134 14.6 СПЕКТРОСКОПИЯ ЖƏНЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК СПЕКТР Спектроскопия затпен электромагниттік сəулеленудің өзара əрекеттесуін зерттейді. Энергияның нақты диапазонына байланысты электромагниттік сəулелену түрлерінің континумы-электромагниттік спектрді береді (14.6-сурет). Электромагниттік сəулеленудің түрлерін қысқаша келесідей сипаттауға болады: Космостық сəулелер күнге шашырайды; олардың ең жоғарғы энергиясы бар. γ-сəулелер (гамма сəулелер) кейбір радиактивті элементтердің ядросынан шығады; Энергияларының жоғары болуынан олар биологиялық организмдерге айтарлықтай зиян келтіреді. X-сəулелердің энергиясы γ-сəулелердің энергиясынан біршама төмен, жоғарғы дозада болмасы аса зияны емес. Аз дозадағы рентген сəулелері организмдердің ішкі құрылысын анықтауда қолданылады. Ұлпа неғұрлым нығыз болса, соғұрлым рентген сəулелеріне бөгет болады. Ультракүлгін (УК) күнге күюге жауап беретін күн сəулесінің компоненті; оның шектен тыс əсері тері жасушасындағы ДНҚ молекуласын зақымдап тері ісігін тудырады сурет Электромагниттік спектр Көрінетін жарық біз көретін электромагниттік сəулелену. Біздің теріміз инфрақызыл сəулені жылу түрінде қабылдайды. Біз микротолқындар көмегімен ас дайындаймыз жəне радарда қолданады. Радиотолқындарда энергиясы төмен əр түрлі электромагниттік сəулелену түрлері болады. Біз оларды радио жəне телевизиялық байланыста, сандық бейнелерде алыс қашықтықтағы қондырғыларды басқаруда жəне портативті 134

135 компьютерлердегі сымсыз байланыста қолданамыз. Радиотолқындар, сондай-ақ ЯМР-спектроскопиясында жəне магниттік резонанстық томографияда (МРТ) қолданылады. Электромагниттік сəулелену жиілігі мен толқын ұзындығына байланысты сипатталады. Оның жиілігі берілген нүктеден бір секундта өтетін толқынды сызықтар санымен анықталады. Толқын ұзындығы бір толқынның кез келген нүктеден сəйкес екінші нүктедегі толқынға дейінгі арақашықтық. Энергия (Е) мен электромагниттік сəуленің толқын жиілігі (ν) немесе толқын ұзындығы (λ) арасындағы қатынас келесідей теңдеумен сипатталады: мұндағы һ тура пропорционалдық коэффициенті, жарық жылдамдығы мен с арасындағы қатынасты ашқан неміс физигінің атымен Планк тұрақтысы деп аталады. Электромагниттік сəулелену жиілігі жарық жылдамдығын (с) зерттелетін толқын ұзындығына бөлгенге тең. см/с Инфрақызыл спектрінде қолданылатын электромагниттік сəулелену жиілігін ( ~ ν) сипаттаудың тағы бір жолы 1 сантиметрмен өлшенетін толқын саны. Соныменен ол кері сантиметрлік бірлікте болады (см -1 ). Толқын саны (см -1 ) мен толқын ұзындығы (μм) арасындағы өзара байланыс келесідей теңдеумен беріледі: (ñì ~ -1 ) = Осылайша, жоғарғы жиіліктер, жоғарғы толқын сандары мен қысқа толқын ұзындықтары жоғарғы энергияға байланысты м) (1μм=10-4 см) Жоғарғы жиіліктер, жоғарғы толқын сандары мен қысқа толқын ұзындықтары жоғарғы энергияға байланысты 135

136 9-ЖАТТЫҒУ Инфрақызыл сəулеленуге байланысты келесі көрсетілген толқындар ультракүлгін сəулеге байланысты толқынды да көрсетеді (7.10-бөлім). Ол қайсысы? а. ə. 10-ЖАТТЫҒУ а. Толқын саны 1000 см -1 немесе 2000 см -1 электромагниттік сəулелердің қайсысының энергиясы жоғары? ə. Толқын ұзындығы 9 μм немесе 8 μм электромагниттік сəулелердің қайсысының энергиясы жоғары? б. Толқын саны 3000 см -1 немесе толқын ұзындығы 2 μм электромагниттік сəулелердің қайсысының энергиясы жоғары? 14.7 ИНФРАҚЫЗЫЛ СПЕКТРОСКОПИЯ Екі атом арасындағы байланыс ұзындығы ол орташа ұзындық деп есептеледі, себебі шындығына келгенде байланыс тербелмелі келеді. Байланыстар деформациялық жəне валенттік қозғалыстарының екеуімен де тербеледі. Деформациялық тербелістен байланыс ұзындығы өзгертетіндіктен ол байланыс бойымен жүреді. Валенттік тербеліс байланыс бойымен жүрмейді. деформациялық тербеліс Молекуладағы əрбір деформациялық жəне валенттік тербеліс белгілі бір жиілікте өтеді. Инфрақызыл сəулеленуде органикалық молекулалардың валенттік жиіліктері мен деформациялық тербелісіне сəйкес келетіндей дұрыс жиілік диапазоны болады. Қосылыс өзінің тербелісіне сəйкес жиіліктегі сəулемен атқыланғанда, оның молекуласы энергияны жұтады. Біз нақты қосылыстың жұтатын энергиясының толқын санын эксперименттік анықтау арқылы ондағы байланыс түрін біле аламыз. Мысалы, С=О байланыстың валенттік тербелісі толқын саны ~1700 см -1 энергияны жұтса, О-Н байланыстың валенттік тербелісі толқын саны ~3450 см -1 энергияны жұтады (14.7-сурет). 136

137 Қарқындылығы, % 14.7-сурет 4-Гидрокси-2-метилпентанон-2 инфрақызыл спектрі Инфрақызыл спектрін (ИҚ) екі аймаққа бөлуге болады. Спектрдің сол жағындағы көптеген функционалдық топтардың жұтылу жолақтары бар үштен екі бөліктегі аймағы ( см - 1 ). Бұл аймақ функционалдық топтар аймағы деп аталады. Оң жақтағы спектрдің үшінші аймағы ( см -1 ) «саусақ ізі» аймағы деп аталады. Себебі, бұл аймақ əр адамға тəн саусақ ізі сияқты негізгі қосылыстарға тəн. Бұл аймақта байланыстың иілуінен, оның созылуына көп энергия қажет, валенттік тербелістердің жұтылу жолағы функционалдық аймақта, ал деформациялық тербелістердің жұтылу жолақтары «саусақ ізі» аймағында болады. Сондықтан валенттік тербелістер көбінесе молекуладағы байланыс түрін анықтауда қолданылады. Əртүрлі байланыстар типіне қатысты валенттік жиіліктер кестеде берілген. 137

138 14.8 ИНФРАҚЫЗЫЛ СПЕКТРІНІҢ ЖҰТЫЛУ ЖОЛАҚТАРЫ ИҚ-спектрі біршама күрделі болуы мүмкін, себебі молекуладағы əрбір байланыстың деформациялық жəне валенттік тербелістерінен жұтылу жолақтары пайда болады. Біз бұл тарауда қосылыстың құрылысы жайлы ақпарат беретін ИҚ спектрінің кейбір сипаттамалы жұтылу жолақтарын қарастырамыз. Функционалдық топтарды сипаттайтын жұтылу жолақтарын ІІІ-қосымшадағы кестеден табуға болады. Байланыс ретінің əсері Байланыс реті қосылыстың беріктігіне əсер етеді; сондықтан байланыс реті жұтылу жолағының орналасуына əсер етеді. С С байланысы С=С байланысымен салыстырғанда берік, себебі С=С байланысымен (~1650 см -1 ) салыстырғанда С С байланысы аса жоғары (~2100 см -1 ) жиілікте Байланыстың иілуінен, оның созылуына көп энергия қажет ИҚ спектріндегі деформациялық жəне валенттік тербелістер жұтылады; С-С байланысының валенттік тербелісі см -1 аймағында жиі жəне өте əлсіз жұтылу жолақтары пайда болады, бұл тербеліс қосылысты идентификациялауда аса маңызды емес. Осыған ұқсас С-О байланысымен (~1100 см -1 ) салыстырғанда С=О байланысы біршама жоғарғы толқын ұзындығында (~1700 см -1 ) жұтылады жəне С=N (~1100 см -1 ) жəне С-N байланыстарымен (~1600 см -1 ) салыстырғанда С N байланысы біршама жоғары толқын ұзындығында (~2200 см -1 ) жұтылады (14.2-кесте). Байланыс берік болған сайын, жоғарғы толқын ұзындығында жұтылады С N ~2200 см -1 С=N ~1600 см -1 С-N ~1100 см ЖАТТЫҒУ Келесі тербелістердің қайсысы біршама үлкен толқын ұзындығында жұтылады? а. С С деформациялық жəне С=С валенттік ə. С-Н деформациялық жəне С-Н валенттік б.с=n деформациялық жəне С N деформациялық г. С=О деформациялық жəне С-О деформациялық Резонанстық эффект 14.2-кестеде əр функционалдық топтар үшін валенттік тербелістердің толқын ұзындықтарының диапазоны көрсетілген. Себебі, топтардың нақты жұтылу жолақтары молекуланың құрылымдық ерекшеліктеріне байланысты. Мысалы, суреттегі пентанон-2-нің ИҚ спектріндегі карбонилді топ 1720 см -1 аймағында жұтылса, 14.9-суреттегі циклогексенон-2-нің ИҚ спектріндегі карбонилді топ біршама төменгі толқын ұзындығында (1680 см - 1 ) жұтылады.

139 14.7-сурет Пентанон-2-нің ИҚ спектрі см -1 байланысын анықтайды. аймағындағы интенсивті жұтылу жолағы С=О Қарқындылығы, % Қарқындылығы, % 14.8-сурет Циклогексанон-2-нің ИҚ спектрі. Қос байланыстағы электрондардың делокализациялануынан карбонил тобы 1720 см -1 аймағынан біршама төменгі толқын ұзындығында 1650 см -1 жұтылады. Циклогексенон-2-нің карбонилді тобы оның қос байланысындағы электрондардың делокализациялануына байланысты біршама төменгі толқын ұзындығында жұтылады. Жай байланыс қос байланысқа қарағанда əлсіз, карбонилді топ жай байланыстың жартылай сипатымен жай байланысқа қарағанда біршама төменгі аймақта жұтылады. 139

140 пентанон-2 циклогексенон см см -1 ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Амин тобының C-N байланысы амид тобына өзгергенде C-N байланысы ұзын толқынды аймақта жұтылғанда қандай өзгеріс болады? Бұл сұраққа жауап беру үшін, біз электрондар делокализациясынан жай байланыстардан өзге де байланыстардың пайда болатындығын білуіміз керек. Бұдан біз электрон делокализациясынан C-N қос байланысы пайда болатынын көреміз. Ал аминде электрон делокализациясы болмайды. Сондықтан амид ұзын толқынды аймақта жұтылады. Енді 12-жаттығуға ауысайық. 12-ЖАТТЫҒУ Не себепті гексанол-1 (С-О) жұтылу жолағы (1660 см -1 ) пентан қышқылының (С-О) жұтылу жолағымен (1220 см -1 ) салыстырғанда, қысқа толқынды аймақта жұтылады. 13-ЖАТТЫҒУ Төмендегі топтардың қайсысы ұзын толқынды аймақта жұтылады: а. Фенолдың С-О тобы мен циклогексанолдың С-О тобының деформациялық тербелісі ə. Кетонның С=О тобы мен амидтің С=О тобының деформациялық тербелісі б. Этанолдың деформациялық жəне С-О тобының валенттік тербелісі 14-ЖАТТЫҒУ Ұзын толқынды аймақта келесідей карбонил топтарының жұтылу жолақтары қандай болады: sp 3 көміртегімен байланысқан карбонил тобы жəне sp 2 көміртегімен байланысқан карбонил тобы. 140

141 14.9 ЖҰТЫЛУ ЖОЛАҚТАРЫНЫҢ ҚАРҚЫНДЫЛЫҒЫ Жұтылу жолақтарының қарқындылығы байланыс полюстілігіне байланысты: байланыс неғұрлым полюсті болса жұтылу қарқындылығы жоғары болады. О-Н байланысының жұтылу жолағы N-H байланысымен салыстырғанда біршама қарқынды болады, себебі О-Н байланысы біршама полюсті. салыстырмалы байланыс полюстілігі ИҚ спектріндегі салыстырмалы қарқындылық полюстілігі артады қарқындылығы артады Байланыс полюсті болған сайын жұтылу жолағы да соғұрлым қарқынды болады 15-ЖАТТЫҒУ С=О немесе С-С байланыстарының қайсысының қарқындылығы жоғары? С-Н БАЙЛАНЫСЫНЫҢ ЖҰТЫЛУ ЖОЛАҚТАРЫ С-Н байланысының беріктігі көміртегінің гибридтенуіне тəуелді: С-Н байланысы көміртегі sp гибридтелсе күшті болады. Ал көміртегі sp 2 гибридтелген көміртегі sp 3 гибридтелген көміртегімен салыстырғанда күшті болады. С-Н берік байланысты үзу үшін көп энергия қажет жəне бұл sp 2 гибридтелген көміртегі ~3100 см -1 жəне sp 3 гибридтелген көміртегімен ~2900 см -1 салыстырғанда sp гибридтелген көміртегіндегі ~3300 см -1 деформациялық байланыстарда көрсетілген (14.3-бөлім) кесте. ИҚ спектріндегі көміртегі-сутегі байланысының жұтылуы Көміртегі-сутегі Толқын жиілігі (см -1) Деформациялық тербелістері жəне 141

142 Спектрді талдаудағы пайдалы жағы бұл жұтылу жолақтары 3100 см -1 аймағында байқалады жəне суреттердегі метилциклогексан мен циклогексанның ИҚ спектрлеріндегі сандар сəйкес келеді суреттегі жұтылу жолағының бұл мəні сəл оңға 3000 см -1 ығысқан. Бұл қосылыстың құрамында сутегі атомы sp 2 немесе sp көміртегі атомымен емес sp 3 көміртегі атомымен байланысқан дегенді білдіреді. Ал суреттегі жұтылу жолақтарының сəл солға жəне сəл оңға қарай ығысуы қосылыстың құрамында sp 2 немесе sp 3 көміртегімен байланысқан сутегі атомының бар екендігін көрсетеді сурет Метилциклогексанның ИҚ спектрі Қарқындылығы, % Қарқындылығы, % сурет Циклогексанның ИҚ спектрі Альдегид тобындағы С-Н байланысының екі жұтылу жолағы бар: ~2800 см -1 жəне ~2720 см -1 (14.12-сурет). Бұл альдегид тобын анықтауды жеңілдетеді себебі, бұл толқын ұзындығында басқа топтар жұтылмайды. 142

143 14.12-сурет Пентанальдің ИҚ спектрі. Альдегид тобы ~2800 см -1 жəне ~2720 см -1 толқын ұзындығында жұтылады. С=О байланысы ~1720 см -1 аймағында жұтылады ЖҰТЫЛУ ЖОЛАҚТАРЫНЫҢ ТҮРЛЕРІ ИҚ спектрі қосылыстардың құрылысын анықтаудағы маңызды ақпарат болып табылады. Мысалы, О-Н жəне N-H байланыстарының деформациялық тербелістері 3100 см -1 жоғарғы толқын ұзындығында жұтылады, бірақ олардың жұтылу жолақтары əр түрлі болады. Гексанол-1-дің (14.13-сурет), пентан қышқылының (14.14-сурет) жəне изопентиламиннің (14.15-сурет) ИҚ спектрлеріндегі осы жұтылу жолақтарының əртүрлілігіне назар аударыңыздар. N-H байланысының жұтылу жолағы (~3100 см -1 ) О-Н байланысының жұтылу жолағымен (~3100 см -1 ) салыстырғанда жіңішке, əрі қарқынды келеді. Ал карбон қышқылының О-Н тобының жұтылу жолағы (~ см -1 ) спирттің О-Н тобының жұтылу жолағына (~ см - 1 ) қарағанда кең болады суреттегі N-H байланысының жұтылу жолағының екеу болатындығына назар аударыңыздар, себебі берілген қосылыстың құрамында екі N-H байланысы бар. Қарқындылығы, % Қарқындылығы, % сурет Гексанол-1-дің ИҚ спектрі 143

144 Спектрдегі байланыстың орны, қарқындылығы жəне түрі функционалдық топты идентификациялауда көмектеседі Қарқындылығы, % сурет Пентан қышқылының ИҚ спектрі Қарқындылығы, % валенттік деформациялық сурет Изопентиламиннің ИҚ спектрі см -1 аймағында екі жұтылу жолағы екі N-H тобының бар екендігін көрсетеді. 16-ЖАТТЫҒУ Не себепті карбон қышқылының О-Н тобының жұтылу аймағы спирттегі О-Н тобының жұтылу аймағынан кең болады? 144

145 14.12 ЖҰТЫЛУ ЖОЛАҒЫНЫҢ БОЛМАУЫ ИҚ спектріндегі жұтылу жолағының бар болуы сияқты жұтылу жолағының болмауы да маңызды. Мысалы, суретте көрсетілген ИҚ-спектріндегі ~1100 см -1 аймағындағы күшті жұтылу жолағы С-О байланысының бар екендігін көрсетеді (14.16-кесте). Бұл қосылыс спирттерге жатпайды, себебі ~3100 см -1 ұзын толқынды аймақта жұтылу жолағы жоқ. Сондай-ақ ~1700 см -1 аймағында жұтылу жолағы болмағандықтан, бұл қосылыс күрделі эфирлерге немесе басқа да карбонилді қосылыстарға да жатпайды. Қосылыстың құрамында C C, C=C, C N, C=N жəне C-N байланыстары да жоқ. Біз бұдан берілген қосылыс жай эфир деп қорытынды жасаймыз. Оның жұтылу жолағы sp 3 көміртегі атомымен байланысқан арасындағы С-Н байланысты ғана көрсетеді. Яғни қосылыс диэтил эфирі болады. 17-ЖАТТЫҒУ а. Құрамында оттегі атомы бар қосылыстың ~1700 см -1, ~3300 см -1, ~2700 см -1 жəне ~1100 см -1 аймақтарында жұтылу жолағы бар. Бұл қосылыс қандай класқа жатады? ə. Азотты қосылыста ~3400 см -1 ~1700 см -1 жəне ~1600 см -1 аймағында жұтылу жолағы жоқ. Бұл қандай қосылыс болуы мүмкін? Қарқындылығы, % сурет Дифенил эфирінің ИҚ-спектрі ИНФРАҚЫЗЫЛ СПЕКТРЛЕРІН ТАЛДАУ Енді біз бірнеше ИҚ-спектрлерін қарастырып, спектрлердің қорытындылары бойынша қосылыстардың құрылысын анықтаймыз. Біз қосылыстардың құрылысын бірден анықтай алмаймыз, ал егер бізге оның құрылысы жайлы айтса, онда оның құрылысын көз алдымызға елестете аламыз. оқулық: ИҚ спектрі 145

146 1-қосылыс суреттегі 3000 см -1 аймағындағы жұтылу сутегі атомының sp 3 көміртегімен емес sp 2 көміртегімен байланысқаны 3050 см -1 көрсетілген см -1 жəне 1460 см -1 аймағындағы жұтылу жолағы бензол сақинасының бар екендігін көрсетеді см -1 жəне 2730 см -1 аймағындағы жұтылу жолағы қосылыстың альдегид екендігін көрсетеді. Карбонилді топтың (C=O) жұтылу жолағы қалыпты С-О байланысымен салыстырғанда төменгі аймақта жұтылады. Сондықтан карбонил тобында жай байланыстың да сипаты бар. Осылайша, ол тікелей бензол сақинасымен байланысқан. Бұл қосылыс бензальдегид болады сурет Бірінші қосылыстың ИҚ спектрі 2-қосылыс суреттегі 3000 см -1 аймағындағы жұтылу сутегі атомының sp 2 көміртегімен емес sp 3 көміртегімен байланысқаны (2950 см -1 ) көрсетілген см -1 жəне 1460 см -1 аймағындағы жұтылу жолағы бензол сақинасының бар екендігін көрсетеді см -1 аймағындағы күшті жұтылу жолағы қосылыстың құрамында О- Н тобының бар екендігін екендігін көрсетеді. Ал ~2100 см -1 аймағындағы жұтылу жолағы үш байланысты көрсетеді см -1 аймағындағы сүйір жұтылу жолағы қосылыстың құрамында sp көміртегімен байланысқан сутегі атомын көрсетеді. Сондықтан біз қосылыстың терминалды алкин (үш байланыс тізбектің шетінде) екендігін білеміз. Яғни бұл қосылыс пропин-2-ол-1. Қарқындылығы, % Қарқындылығы, % сурет Изопентиламиннің ИҚ спектрі см -1 аймағында екі жұтылу жолағы екі N-H тобының бар екендігін көрсетеді. 146

147 18-ЖА ТТЫҒУ ИҚ спектрі бойынша келесі қосылыстарды қалай ажыратуға болады? а. кетон жəне альдегид б. циклогексен жəне циклогексан ə. бензол жəне толуол в. Біріншілік амин жəне үшіншілік амин фильм: Гриньяр реактивінің кетондармен реакциясы 19-ЖАТТЫҒУ Келесі əр қосылыстар жұбы үшін оларды ажырататындай жұтылу жолақтарын көрсетіңіздер: а. жəне ə. б. жəне жəне г. жəне ЯМР СПЕКТРОСКОПИЯСЫНА КІРІСПЕ 1 Н немесе 13 С ядроларының спиндері магнитті өріске түскенде кішірек магнит өрісіндегідей таралады. Сыртқы магнит өрісі болмаған кезде ядро спиндерімен байланысқан магнит моменттері ретсіз бағытталады. Бірақта ядролық магнит моменттерін магнит полюстерінің ортасына қойғанда (14.19-сурет), ядролық магнит моменттері өріс бағытымен реттеледі немесе магнит өрісіне қарама-қарсы бағытта орналасады. Магнит өрісімен сəйкес келетін α-магнит моменттері біршама төменгі энергиядағы спиндік күйде болады, ал магнит өрісіне қарсы бағыттағы β-магнит моменттері энергиясы жоғарғы спиндік күйде болады. Себебі, өріске қарсы бағытталған магнит моменттерінің өріс бағытымен реттелуі үшін көп энергия қажет. Жəне ядро β-спиндік күйге қарағанда α-спиндік күйде көп болады. Олардың арасындағы айырмашылық өте аз ( ядроның 20-сы), бірақ ЯМРспектроскопиясының негізін құрастыру үшін жеткілікті. α-спиндік күй мен β-спиндік күйлердің энергияларының арасындағы айырмашылық ( Е) магнит өрісіндегі таралу кернеулігіне тəуелді (В о ), тесла шамасымен өлшенеді. Магнит өрісінің күші көп болған сайын спиндік күйлер арасындағы айырмашылық көп болады (14.20-сурет). Жердің магниттік өрісі 5 х 10-5 Т экваторда өлшенеді. Оның максималды беті 7 х 10-5 Т оңтүстік магнит өрісінде өлшенген 147

148 14.19-сурет Сыртқы магнит өрісі болмаған кезде ядро спиндерімен байланысқан магнит моменттері ретсіз бағытталады. Ядролық магнит моменттерін магнит полюстерінің ортасына қойғанда өріс бағытымен бағытталады сурет Магниттік өріс күші көп болса, α жəне β-спиндік күйлердің энергияларының арасындағы айырмашылық та үлкен болады Заттың үлгісі импульстік сəулеленуге ұшырағандағы энергия α жəне β-спиндік күйлердің энергияларының арасындағы айырмашылыққа ( Е) сəйкес болса, α- спиндік күйдегі ядро β-спиндік күйге дейін өзгереді. Ядро энергияны сіңірген кезде олардың жиіліктері α жəне β-спиндік күйлердің арасындағы энергия айырмашылықтарына тəуелді болатындай өздерінің спиндерінен сигнал шығатындай өзгертеді. ЯМР спектрометр осы сигналдарды анықтап оларды сигнал жиіліктерінің қарқындылығына тəуелді қисық түрінде береді. Бұл аралық ЯМР спектрі деп аталады. Сəулеленген резонанстағы ядроға байланысты ядролық магниттік резонанс (ЯМР) термині шыққан. «Резонанс» сөзі сəулеленуге жауап ретінде α 148

149 жəне β-спиндік күйлердің арасындағы ядролардың алға жəне артқа таралуын білдіреді. Қазіргі кездегі ЯМР спектрометрлері МГц арасындағы жиілікте жұмыс жасайды. Прибордың жұмыс жиілігі жоғары болған сайын магнит өрісі де күшті болады, нəтижесінде ЯМР спектрі жақсы жазылады. Никола Тесла ( ) Никола Тесла Хорватияда дүниеге келген, шіркеу қызметкерінің баласы. Ол 1884 жылы Құрама Штаттарға өтіп, 1891 жылы оның азаматтығын алады. Ол электр энергиясының таралуы үшін ауыспалы токты мақұлдаушы болды жəне тұрақты токты жақтаушы Томас Эдисонға қарсы шығушылардың бірі. Тесла 1900 жылы ойлап тапқан радиосы үшін патент алмаған. Бірақ радио үшін Гульельмо Маркониге 1904 жылы патент беріледі. Тесла қайтыс болғаннан кейін де оның патенті АҚШ жоғарғы сотында қарастырылуда болады. Тесла сондай-ақ неон мен люминесцентті жарықты, электрондық микроскопты, мұздатқыш двигателін жəне Тесла катушкасын, ауыспалы ток кернеуінің өзгерісіне арналған трансформатор түрін ойлап тапқан. Никола Тесла өзінің зертханасында КӨЛЕҢКЕЛЕУ ƏР ТҮРЛІ СУТЕГІ АТОМДАРЫНЫҢ ТҮРЛІ ЖИІЛІКТЕГІ СИГНАЛДАРДЫ КӨРСЕТУІНІҢ СЕБЕБІ ЯМР сигналдарының жиіліктері зерттелетін ядро енгізілген магнит өрісінің күшіне тəуелді (14.20-сурет). Осылайша, егер органикалық қосылыстар құрамындағы барлық сутегі атомдарын магнит өрісіне енгізсе, олардың барлығы сондай жиіліктегі сигналдарды береді. Егер бұл осылай болса, барлық ЯМР спектрлері бір ғана сигналдан тұруы керек жəне бұл қосылыстың құрылысы жайлы олардың бəрінде сутегі атомы бар дегеннен басқа ешқандай мəлімет бермейді. Бірақ ядро электрон бұлттарына еніп магнит өрісін жартылай көлеңкелейді. Көлеңкелеу молекуладағы əр түрлі атомдар үшін өзгеріп отырады. Басқаша сөзбен 149

150 айтқанда сутегінің барлық атомдарының қозғалысы магнит өрісінде бірдей болмайды. Көлеңкелеу қалай пайда болады? Магнит өрісінде электрондар ядроны айналып локальді магнит өрісін тудырады. Эффективті магнит өрісі ядроны қоршаған электрондық ортадан берілген өрістен алынған магнит өрісінің мөлшері: B эффективті = В сыртқы В локалды Бұл протон * болатын ортаның электрондық тығыздығы көп болса В локалды да көп жəне протон берілген өрістен қорғалған болады дегенді білдіреді. Осылайша, протон электронға бай ортада эффективті магнит өрісін аз сезінеді. Олар осылайша резонансқа ену үшін біршама аз жиілікті қажет етеді, яғни олардың спиндерін ауыстыруы аз болады (14.20-сурет). Ал электроны аз ортадағы протондар эффективті магнит өрісін көп сезінеді. ЯМР спектрі басқа ортадағы əр протон үшін сигнал береді. Электроны көп ортадағы протондар сыртқы өріс əсерінен біршама қорғалған жəне біршама төменгі жиіліктерде (спектрдің оң жағында) пайда болады (14.21-сурет). Электроны аз ортадағы протондар сыртқы өріс əсерінен аз қорғалған жəне біршама жоғарғы жиіліктерде (спектрдің оң жағында) пайда болады (14.21-сурет). Мысалы, СН 3 F метилдік протондары CH 3 Br метилдік протондарымен салыстырғанда біршама жоғарғы жиілікте байқалады, себебі, фтор броммен салыстырғанда біршама электронакцепторлы атом. Осылайша СН 3 F протондары электроны аз ортада болады. Күшті жəне əлсіз өріс терминдері сигналдың орнын сипаттау үшін қолданылады: күшті өріс дегеніміз спектрдің оң жағынан алыс, ал əлсіз өріс спектрдің сол жағынан алыс жақ дегенді білдіреді. Магнит өрісінде протон көп болса, сигналдың жиілігі де жоғары болады көлеңкеленбеген= аз көлеңкеленген сурет Көлеңкеленген ядро көлеңкеленбеген ядромен салыстырғанда біршама төменгі жиілікті резонансқа өтеді. 150

151 14.16 ЯМР 1 H-СПЕКТРІНДЕГІ СИГНАЛДАР САНЫ Бірдей ортадағы протондар химиялық эквивалентті протондар деп аталады. Мысалы, 1-бромпропанда химиялық эквивалентті əртүрлі үш жиынтығы бар: (1) С-С байланыс бойымен айналу нəтижесінде метилдің үш протоны химиялық эквивалентті; (2) ортаңғы көміртегіндегі екі метилен протондары химиялық эквивалентті; (3) бром атомымен байланысқан көміртегіндегі екі протон протондардың үшінші химиялық эквивалентті жиынтығын құрайды. * Протон жəне сутегі терминдері ЯМР спектроскопиясында қарастырылатын ковалентті байланысқан сутегі атомдарын сипаттауда қолданылады Қосылыстың құрамындағы əр химиялық эквивалентті протондар жиынтығынан осы қосылыстың ЯМР 1 H спектріндегі сигналы пайда болады. 1-бромпропанда химиялық эквивалентті протондардың үш жиынтығы болғандықтан ЯМР 1 H спектрінде оның үш сигналы болады. 2-бромпропанда химиялық эквивалентті протондардың екі жиынтығы бар, сондықтан ЯМР 1 H спектрінде оның екі сигналы болады; 2-бромпропандағы метил тобының алты протоны өзара эквиваленті, сондықтан олар тек бір ғана сигнал береді. Орталық көміртегімен байланысқан сутегі екінші сигналды береді. Этил метил эфирі химиялық эквивалентті протондардың үш жиынтығын береді: оттегі атомымен байланысқан көміртегінің жанындағы метил тобының протондары; оттегі атомымен байланысқан көміртегінің жанындағы метилен тобының (СН 2 ) протондары жəне оттегі атомымен байланысқан бір көміртегінің жанындағы метил тобының протондары. Келесі қосылыстағы химиялық эквивалентті протондарды əріптермен көрсетуге болады: а ə б а ə а а б ə а а ə үш сигнал екі сигнал үш сигнал бір сигнал екі сигнал 151

152 Сіздер қосылыстың құрамында химиялық эквивалентті протондардың қанша жиынтығы бар екендігін оның ЯМР 1 H спектріндегі сигналдар саны бойынша айта аласыздар. Химиялық эквивалентті протондардың əр жиынтығынан сигналдар пайда болады ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Этилбензолдың ЯМР 1 H спектрінде қанша сигнал болады? Сіздер спектрдегі сигналдардың санын анықтау үшін спектрдегі əр сутегі атомын басқа атомдарға ауыстырып көріп (бұл жерде Br атомына), алынған қосылысты атаңыздар. Əр түрлі атауларға ЯМР 1 H спектріндегі түрлі сигналдар саны сəйкес келеді. Біз бром орынбасқан бензол үшін бес түрлі атау аламыз. Сондықтан этилбензолдың 1 Н ЯМР спектрінде бес сигнал алынады. 1-бром-2-фенилэтан 1-бром-1-фенилэтан 1-бром-2-этилбензол 1-бром-3-этилбензол 1-бром-4-этилбензол 1-бром-3-этилбензол 1-бром- 2-этилбензол Енді 20-жаттығуға ауысайық. 20-ЖАТТЫҒУ Келесі əр қосылыстың ЯМР 1 H спектрінде қанша сигналдан болады? а. СН 3 СН 2 СН 2 СН 3 б. г. ə. BrСН 2 СН 2 Br в. д ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың 1 Н ЯМР спектрлерін қалай ажыратуға болады?

153 СН 3 OСН 2 OСН 3 СН 3 OСН 3 А Ə Б ХИМИЯЛЫҚ ЫҒЫСУ СТАНДАРТТЫ БАСТАПҚЫ СИГНАЛДАН БАСҚА СИГНАЛДАРДЫҢ АЛЫСТЫҒЫН КӨРСЕТЕДІ ЯМР спектрін түсіру үшін пробиркадағы қосылысқа инертті эталонды қосылыстың аз мөлшерін қосады. ЯМР спектріндегі сигналдардың орны эталонды қосылыстың сигналдарынан қаншалықты алыс орналасқандығымен анықталады. Жиі қолданылатын эталонды қосылыс тетраметилсилан (ТМС). Кремнийдің көміртегімен салыстырғанда электр терістілігі аз болса да (электр терістілігі 1,8 жəне 2,5 сəйкесінше) ТМС метил протондары басқа органикалық қосылыстарға қарағанда электрондық ортаға бай. Сондықтан ТМС метилді протондарының сигналы басқа сигналдарға қарағанда біршама төменгі жиілікте болады (яғни, басқа сигналдардың оң жағында). ЯМР спектріндегі сигнал пайда болатын орын химиялық ығысу деп аталады. Химиялық ығысу эталон ТМС сигналынан басталатын ара қашықтықтың өлшемі. Химиялық ығысудың өлшем бірлігі δ (дельта) масштабы. Химиялық ығысу герцпен өлшенетін ТМС шыңымен арасындағы арақашықтықты өлшеу жолымен жəне аспаптың мегагерцтегі жұмысшы жиілігіне бөлінуімен анықталады. Гц/мГц бірлікте болғандықтан химиялық ығысу жұмысшы жиіліктің миллионнан бір бөлігіне (промилл) тең: δ=химиялық ығысу (м.ү.)= ТМС-мен арақашықтық (Гц) спектрометрдің жұмысшы жиілігі (мгц) Потондардың химиялық ығысулары көбінесе 0-10 миллион бірлік аралығында болады. 3-D молекула: тетраметилсилан Тетраметилсилан (ТМС) 153

154 14.22-суреттегі 1-бром-2,2-диметилпропанның ЯМР 1 H спектрінде метилді протондардың химиялық ығысуы 1,05 м.ү. жəне метиленді протондардың химиялық ығысуы 3,28 м.ү. орналасқан. Төменгі жиілікті (көлеңкеленген күшті өріс) сигналдар δ аз мəнді, ал жоғарғы жиілікті сигналдар δ жоғарғы мəнді болатындығына назар аударыңыздар. Химиялық ығысу мəні (δ ) үлкен болған сайын, жиілігі де жоғарғы мəнді болады сурет 1-бром-2,2-диметилпропанның ЯМР 1 H спектрі. ТМС сигналы химиялық ығысу өлшенетін эталон сигналы; оның орны шкалада нөл деп белгіленеді Шкаланың артықшылығы берілген ядроның химиялық ығысуы (δ) ЯМР спектрометрінің жұмыс жиілігіне тəуелсіз. Осылайша, 1-бром-2,2- диметилпропанның метилді протондарының химиялық ығысуы 60 жəне 360 мгц жиілікті аспаптың екеуінде де 1,05 м.ү. аймағында болады. Келесі диаграмма сіздерге ЯМР спектрос - копиясына байланысты шарттарды қадағалауға көмектеседі: электронмен көп қоршалған протондар көлеңкеленбеген протондар төменгі өріс жоғары жиілік δ үлкен мəні электронмен аз қоршалған протондар көлеңкеленбеген протондар жоғары өріс төменгі жиілік δ аз мəні δ жиілік 154

155 Химиялық ығысу спектрометрдің жұмыс жиілігіне тəуелді емес 22-ЖАТТЫҒУ 300 мгц жиілікті ЯМР спектрометрінде сигнал ТМС сигналына қатысты əлсіз өрісте 600 Гц орналасқан. а. Химиялық ығысу дегеніміз не? ə. прибордың жұмыс жиілігі 100 мгц қандай химиялық ығысу байқалады? 23-ЖАТТЫҒУ Егер екі сигнал 300мГц спектрометрде 1,5 м.ү. өзгешеленсе, 100 мгц приборда қанша мгц өзгешеленеді? 24-ЖАТТЫҒУ (СН 3 ) 2 Mg сигналы ЯМР 1 Н спектрінде ТМС қатысты қалай орналасады? (Көмек: кремниймен салыстырғанда магнийдің электр терістілігі аз) ЯМР 1 H СИГНАЛДАРДЫҢ САЛЫСТЫРМАЛЫ ОРНАЛАСУЫ суреттегі 1-бром-2,2-диметилпропанның ЯМР 1 H спектрінде екі түрлі протондар болғандықтан екі сигнал бар. Метилен протоны электр терістілігі жоғары бромға жақын орналасқан, сондықтан метиленді протондар метилді протондарға қарағанда электрондық ортаға тапшы. Метилен протондарының электрондық ортасы аз болғандықтан, олар сыртқы магнит өрісінен аз қорғалған. Бұл протондардың сигналдары біршама көлеңкеленген метилді протондарға қарағанда жоғары жиілікте орналасады. Протондар электроны көп ортада болғандықтан (біршама көлеңкеленген) сигналдар ЯМР спектірінің бірінші бөлігінің төменгі жиілікті аймағында болатынын естен шығармаңыздар. Ал спектрдің сол жағының сигналдары протондар электроны аз ортада болатындықтан (аз көлеңкеленген) жоғары жиілікті аймақта көрсетілген (14.21-сурет). Біз 1-нитропропанның құрамында протондардың үш түрі болғандықтан ЯМР 1 Н спектрінде үш сигнал бар деп есептейміз. Протон электрон акцепторлы нитро топқа жақын болған сайын олар сыртқы өрістен аз қорғалған. Сондықтан сигналдар көрінетін жиілік те жоғары болады. Осылайша, нитро топқа жақын орналасқан протондар жоғары жиілікте (4,37 м.ү.) орналасады, ал нитро топтан алыс орналасқан сигналдар төменгі жиілікте (1,04 м.ү.) орналасады. Электроны аз ортадағы протондар жоғары жиілікті сигналдар көрсетеді Электронның енуінен ЯМР спектріндегі сигналдар біршама жоғары жиілікте пайда болады (δ үлкен мəнінде) 155

156 Енді келесі галогеналкандардағы галогенмен тікелей байланысқан метиленді протондардың химиялық ығысуларын салыстырайық. Сигналдың орналасуы галогеннің электр терістілігіне байланысты. Галогеннің электр терістілігі жоғары болса сигналдың жиілігі де жоғары болады. Сонда фтор атомымен байланысқан метиленді протондардың сигналдары (электр терістілігі жоғары галоген) ең жоғары жиілікте орналасса, йод атомымен байланысқан метиленді протондар (электр терістілігі төмен галоген) ең төменгі жиілікте орналасады. 25-ЖАТТЫҒУ а. Келесі қосылыстардағы протондар жинағының қайсысы аз көлеңкеленген? ə. Əр қосылыстағы протондар жинағының қайсысы біршама көлеңкеленген? 26-ЖАТТЫҒУ суреттегі спектрлердің бірі 1-хлорпропан, ал екіншісі 1-йодпропанның спектрлері. Қандай спектр қайсы қосылысқа жауап береді? 156

157 14.23-сурет 26-жаттығуға арналған ЯМР 1 Н спектрі ХИМИЯЛЫҚ ЫҒЫСУ МƏНДЕРІ Əр түрлі протондардың химиялық ығысуының жуық шамалы мəндері 170- беттегі 14.4-кестеде берілген (Басқа мəндері ІІІ-қосымшада берілген). ЯМР 1 Н спектрі жеті аймаққа бөлінеді. Оның бірі бос аймақ. Егер, сіз əр аймақта пайда болатын протондарды еске сақтай алсаңыз онда сіз оның ЯМР спектріне қарап молекула құрамында қандай протондар бар екенін айта аласыз. 157

158 14.4-кесте. ЯМР 1 Н спектріндегі химиялық ығысулардың жуық мəндері протон түрі химиялық ығысудың жуық мəндері (м.ү.) протон түрі химиялық ығысудың жуық мəндері (м.ү.) шамамен 1,5-2 шамамен 2-5 шамамен 4-7 шамамен шамамен 5-8 а Мəндер шамасы жуықтап алынған, себебі көршілес орынбасардың əсері болады кестеде метин протонының химиялық ығысуы біршама көлеңкеленгені көрсетілген (сутегі үш көміртегі атомына қосылған sp 3 көміртегімен байланысқан), сондықтан оның химиялық ығысуы метилен протондарына қарағанда (сутегі екі көміртегі атомына қосылған sp 3 көміртегімен байланысқан) ортаға ұқсас біршама жоғарғы жиілікте орналасады. Дəл осылай метилен протондарының оқулық: ЯМР спектріндегі химиялық ығысу химиялық ығысуы метил протондарымен салыстырғанда (сутегі бір көміртегі атомына қосылған sp 3 көміртегімен байланысқан) біршама жоғары жиілікте орналасады. 158

159 Ұқсас ортада метин протоны метилен протонымен салыстырғанда жоғарғы жиілікте орналасады, ал метилен протоны метил протонымен салыстырғанда біршама жоғары жиілікте орналасады метин метилен метил Мысалы бутанонның ЯМР 1 Н спектрінде үш сигнал көрсетілген. Өте төменгі жиіліктегі сигнал бутанон протондары: бұл электр терісті карбонил тобынан алыс протондар. (ЯМР спектріндегі а құрылымында төменгі жиілікті көпшілік протондар белгіленген, келесісі ə құрылымы, одан кейінгісі б құрылым жəне т.б.). Ə жəне Б протондары карбонил тобынан бірдей қашықтықта орналасқан, бірақ ə протондарының сигналы төменгі жиілікте болады, себебі метил протондары метилен протондарына қарағанда төменгі жиілікте орналасады. 2-метоксипропан протондары үшін сигналдар осы қосылыс үшін ЯМР 1 Н спектріндегі ең төменгі жиілікті сигналдар. Себебі, бұл протондар электрон акцепторлы оттегі атомынан алыс орналасқан. Ə жəне Б протондары оттегінен бірдей қашықтықта орналасқан, бірақ ə протондары үшін біршама төменгі жиілікте 159

160 орналасқан, себебі метил протоны метин протонымен салыстырғанда біршама төменгі жиілікте орналасады. (160-бетте берілген қосылыстағы А, Ə жəне Б белгілерін қарастыруға сəл тоқталыңыз). 27-ЖАТТЫҒУ Келесі берілген əр қосылыстағы асты сызылған протондардың қайсысының химиялық ығысуы үлкен мəнді (яғни, жоғары жиілікті сигнал)? а. ə. б. 28-ЖАТТЫҒУ Келесі берілген əр қосылыстағы асты сызылған протондардың қайсысының химиялық ығысуы үлкен мəнді (яғни, жоғары жиілікті сигнал)? а. жəне ə. жəне 29-ЖАТТЫҒУ 14.4-кестені пайдаланбай келесі əр қосылыстың төменгі жиілікте сигналы беретін протондар а белгіленген, келесісі ə жəне т.б. деп белгіленген. а. б. г. ə. в. д ЯМР СПЕКТРІНДЕГІ СИГНАЛДАРДЫҢ АУДАНЫ СИГНАЛҒА ҚАТЫСТЫ ПРОТОНДАР САНЫН КӨРСЕТЕДІ суреттегі 1-бром-2,2-диметилпропанның спектріндегі екі сигналдың əр қайсысының ауданы сигналды беретін протондар санына пропорционал. Бұл спектр суретте де көрсетілген. Сигналдар ауданы төменгі жиілікте орналасады. Себебі, бұл сигналдарды тоғыз метилді протондар береді, ал аз сигналдарды жоғары жиілікті аймақта екі метилді протондар береді. 160

161 14.24-сурет 1-бром-2,2-диметилпропанның ЯМР 1 Н спектріндегі интеграл ауданын талдау Əр сигналдың ауданын интергалдау жолымен анықтауға болады. ЯМР 1 Н спектрі интегралды электрондық түрде есептейтін жəне спектрде сызықпен сызып көрсететін компьютермен жабдықталған (14.24-сурет). Əр интегралдық сызықтың биіктігі сигналды беретін протондар санына пропорционал. Мысалы, суреттегі интегралдау сатылары бізге интегралдардың қатынасының 1,6:7,0=1:4,4 екендігін көрсетеді. Осы қатынасты бүтін сандар шығатындай етіп, дəл бұл жағдайда екіге көбейтеміз. Бұл қосылыстың құрамындағы протондардың қатынасы 2:8,8 екендігін білдіреді, оны бүтіндесек 2:09, яғни тек бүтін сандар ғана болу керек. (Өлшенген интегралдар ауданы эксперименттік қателіктерге байланысты жуық мөлшермен алынады). Заманауи баспа спектрометрлерінің интегралды аудандары 164-суреттегі суретте көрсетілген. Интеграл бізге сигналдың пайда болуына əкелетін протондардың абсолютті емес салыстырмалы санын көрсетеді. Басқаша сөзбен айтқанда, интегралдау ауданы 1,1-дихлорэтанды 1,2-дихлор-метилпропаннан ажырата алмайды. Себебі, екі қосылыста 1:3 қатынаста болады. 30-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың ЯМР 1 Н спектріндегі интегралды қалай ажыратуға болады? 161

162 31-ЖАТТЫҒУ суреттегі ЯМР 1 Н спектрі келесі қосылыстардың қайсысына сəйкес келеді? А Ə Б В сурет 31-жаттығуға арналған ЯМР 1 Н спектрі СИГНАЛДАРДЫҢ БӨЛІНУІНІҢ N+1 ЕРЕЖЕCІМЕН СИПАТТАЛУЫ 1,1-дихлорэтанның ЯМР 1 Н спектріндегі сигналдар формасының (14.26-сурет) 1-бром-2,2-диметилпропан сигналының формасынан (14.24-сурет) өзгешеленетініне назар аударыңыздар суреттегі екі сигнал да синглетті (əр қайсысында бір шыңнан). Бұған керісінше, 1,1-дихлорэтанның метилді протондарының сигналдары (төменгі жиілікті сигнал) екі шыңға (дублет) бөлінген, ал метинді протон сигналы төрт шыңға (квартет) бөлінген. (Дублет пен квартеттің ұлғаюы суретте көрсетілген). Протондардың бөлінуі олардың көрші көміртегі атомымен байланысуына негізделген. Сигналдардың бөлінуі N+1 ережесімен сипатталады, мұндағы N көрші көміртегі атомымен байланысқан эквивалентті протондар саны. Біз «эквивалентті протондар» деп бір-бірімен эквивалентті көрші көміртегімен байланысқан, бірақ сигналды тудырушы протонмен эквивалентті емес протондарды айтамыз суреттегі екі сигнал да синглетті; 1-бром-2,2-диметилпропанның үш метилді тобы сутегімен байланыспаған көміртегімен қосылғандықтан бөлінбеген сигнал береді; метилен тобы да бөлінбеген сигнал береді, себебі ол көміртегімен байланысқан, бірақ сутегімен байланыспаған (N=1+1 болғандықтан N = 0). 162

163 14.26-сурет 1,1-дихлорэтанның ЯМР 1 Н спектрі. Жиіліктен жоғары сигнал квартет; ал төменгі жиілікті сигнал дублет Бұған керісінше 1,1-дихлорэтандағы метил тобымен көрші көміртегі ( сурет) бір протонмен байланысқан. Сондықтан метил тобының протондары дублетке бөлінген (N+1=2 болғандықтан N=2). Аралас көміртегімен қосылған көміртегі атомының жанындағы метинді протон үш эквивалентті протонмен байланысқан, осылайша метинді протон сигналы квартетке бөлінген (N+1=4 болғандықтан N=3). Сигналдағы шыңдар саны көп болса сигнал мультиплет деп аталады. Бөліну өзара тең жүреді: егер а протондар ə протондарына бөлінсе, онда ЯМР 1 Н спектрінің сигналдарының шыңдары N+1 ережесімен бөлінеді, N көрші көміртегі атомымен байланысқан эквивалентті протондар саны Байланысқан протондар көрші көміртегіне қосылған Байланысқан протондардың сигналдары бір-бірінен бөлінеді ə протондары а протондарына бөлінеді. А жəне Ə протондарын бұл жағдайда байланысқан протондар деп атайды. Байланысқан протондардың əрқайсысының сигналдары бір-бірінен бөлінеді. Байланысқан протондар көрші көміртегі атомында болады. Бұл сигналдардың көптігін анықтайтын сигналды тудыратын протондар саны еместігін ескеріңіздер; бұл мультиплеттілікті анықтайтын көрші көміртегі атомдарымен тікелей байланысқан протондар саны. Мысалы, келесі қосылыстар протондарының сигналы көрші көміртегінің екі сутегімен байланысқандықтан үш шыңға (триплет) бөлінеді. ə протондарының сигналы квартет түрінде пайда болады. Себебі көміртегімен үш сутегі байланысқан, жəне б протондары синглет түрінде шығады. 163

164 Протон эквивалентті болса сигналдары бөлінбейді. Мысалы, бромметанның ЯМР 1 Н спектрінде бір синглет көрсетілген. Метилдің үш протоны химиялық эквивалентті жəне химиялық эквивалентті протондардың сигналдары бір-бірінен бөлінбейді. 1,2-дихлорэтанның төрт протоны химиялық эквиваленті, сондықтан оның ЯМР 1 Н спектрінде бір синглет көрсетілген. оқулық: ЯМР 1 Н спектріндегі сигналдардың бөлінуі Эквивалентті протондардың сигналдары бірбірінен бөлінбейді 32-ЖАТТЫҒУ суретте молекулалық массасы C 3 H 5 O 2 Cl болатын екі карбон қышқылының ЯМР 1 Н спектрі берілген. Осы карбон қышқылдарын анықтаңыздар. («Ығысу» сөзі сигналдың көрсетілген бағытта оңға ығысуын білдіреді) сурет 32-жаттығуға арналған ЯМР 1 Н спектрі 164

165 14.22 ЯМР 1 Н СПЕКТРІНІҢ БІРНЕШЕ МЫСАЛДАРЫ Қазір біз ЯМР 1 Н спектрін талдауға қосымша көмек болу үшін бірнеше спектрлерді қарастырамыз. 1,3-дибромпропанның ЯМР 1 Н спектрінде екі сигнал бар (14.28-сурет). Көрші көміртегінің екі сутегінің H ə протондарының сигналы триплетке бөлінеді. Көміртегі жанындағы H а қосылған протондар басқа протондармен байланысқан. Осы көміртегіндегі протондар екінші көміртегіндегі протондарға эквивалентті. Протондарды бұл екі жиынтығы эквивалентті болғандықтан, N+1 ережесі екі топқа бірдей қолданылады. Басқаша сөзбен айтқанда N екі көміртегі атомындағы эквивалентті протондардың қосындысына тең. Осылайша, H а протондарының сигналы екі квинтетке бөлінген (4+1 5). Изопропилді бутанаттың ЯМР 1 Н спектрінде бес сигнал көрсетілген ( сурет). H а протондарының сигналы H б протондарымен триплетке бөлінеді. H ə протондарының сигналы H г протондарымен дублетке бөлінеді. H в протондарының сигналы H б протондарымен триплетке жəне H г протондарымен септетке бөлінеді. H б протондарының сигналы H а жəне H в протондарының екеуімен бөлінеді. Сондықтан H а жəнеh в протондары N+1 ережесі бойынша эквивалентті емес сурет 1,3-дибромның ЯМР 1 Н спектрі Осылайша Н б протондарының сигналы Н б протондарымен квартетке бөлінеді жəне осы төрт шыңның əрқайсысы H в протондарымен триплетке бөлінеді: (N a +1)(N d +1)=(4)(3)=12. Нəтижесінде Н б протондарының сигналы мультиплетке бөлінеді (сигнал триплет, квартет, квинтетке қарағанда күрделі). 165

166 а б в ə г ə сурет Изопропил бутанаттың ЯМР 1 Н спектрі δ (м.ү.) жиілік Этилбензолдың құрамында химиялық эквивалентті протондардың бес жиынтығы бар (14.30-сурет). Біз H а протондары триплеп жəне Н ə протондары квартет болады деп есептейміз. (Бұл этил тобын сипаттайтын белгілер). Бензол сақинасының бес протонының барлығы бірдей электрондық ортада болмайды, сондықтан біз олар үш сигнлет болады деп есептейміз: біріншісі H б протондары үшін, екіншісі Н в протондары үшін жəне үшіншісі Н г протондары үшін. Бірақ біз оның спектрінен үш түрлі сигналдарды көрмейміз. Себебі оның электрондық ортасы үш түрлі жеке сигналдар пайда болатындай əр түрлі емес суреттегі бензол сақинасы протондарының сигналдарына назар аударыңыздар. Бұл аймақта негізінен басқа протондар болмайды, өйткені ЯМР 1 Н спектрінің бұл аймағындағы сигналдар қосылыстың құрамындағы ароматты сақинаның болатындығын білдіреді сурет Этилбензолдың ЯМР 1 Н спектрі. Н б, H в,жəне Н г протондары қиылысады. 166

167 33-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың ЯМР 1 Н спектрінде сигналдар мен мультиплеттердің санын көрсетіңіздер: а. ICH 2 CH 2 CH 2 Br ə. CІCH 2 CH 2 CH 2 CІ б. ICH 2 CH 2 CHBr 2 34-ЖАТТЫҒУ 20-жаттығудағы қосылыстар үшін сигналдардың бөліну заңдылығын көрсетіңіздер. 35-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардыңямр 1 Н спектрлерін бір-бірінен қалай ажыратуға болады? А Ə Б 36-ЖАТТЫҒУ Молекулалық массасы C 3 H 6 Br 2 болатын төрт қосылыстың ЯМР 1 Н спектрлерін қалай ажыратуға болады? БАЙЛАНЫСҚАН ПРОТОНДАРДЫҢ БАЙЛАНЫС КОНСТАНТАСЫН АНЫҚТАУ ЯМР спектріндегі көрші екі сигналдың шыңдары арасындағы герцпен өлшенетін арақашықтық байланыс константасы (J) деп аталады. Н а константасы Н ə үшін бөлініп J аə деп белгіленеді. Байланысқан протондардың сигналдарының (протондардың сигналдарын бір-бірінен бөлу үшін) байланыс константасы бірдей; басқаша айтқанда J аə = J əа ( сурет). Константа шамасы ЯМР спектрлерін талдауда қолданылады. Себебі, көрші көміртегі атомдарының протондары бірдей байланыс константасымен анықталуы мүмкін. Байланыс константасы 0-15 Гц аралығында болады. Жалпы ЯМР 1 Н спектрлерінен мынадай мəліметтерді алуға болады: оқулық: ЯМР 1 Н спектрінің қолданылуы оқулық: ЯМР 1 Н спектрінің интерпретациясы 1. Сигналдар саны қосылыстардың құрамында болатын əр түрлі протондар санын көрсетеді. 167

168 2. Сигналдың орны сол сигналға жауап беретін протондар түрі (метил, метилен, метинді, аллилді, винилді, ароматты жəне т.б.) мен көрші орынбасарларды көрсетеді. 3. Сигналдардың интегралы сигналға жауап беретін протондардың салыстырмалы санын көрсетеді. 4. Сигналдардың көптігі (N+1) көрші көміртегі атомымен қосылған эквивалентті протондар санын көрсетеді. 5. Байланыс константасы байланысқан протондарды анықтайды сурет 1,1-дихлорэтанның Н а жəне Н ə протондары өзара сигналдарының байланыс константасы бірдей болатындай байланысқан, J аə = J əа ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Молекулалық формуласы C 9 H 10 O болатын ИҚ жəне ЯМР 1 Н спектрлері суретте берілген қосылысты анықтаңыздар. Қарқындылық, % 168

169 14.32-сурет Жаттығуды орындау үшін берілген ИҚ жəне ЯМР 1 Н спектрлері Мұндай жаттығуды орындаудағы ең тиімді жол молекулалық формуласы бойынша ИҚ спектріндегі құрылымдық ерекшеліктерін анықтау. Содан кейін ЯМР 1 Н спектрі мəліметтерін пайдалану. Біз қосылыстың молекулалық формуласы мен ИҚ спектрінен оның кетон екендігін көреміз: онда бір оттегі атомынан тұратын ~1680 см -1 аймағында карбонил тобы бар, ал ~2820 см -1 жəне ~2720см -1 аймағында альдегид тобына жауап беретіндей жұтылу жолағы жоқ. Карбонил тобының жұтылу жолағы біршама қысқа толқынды аймақта болады жəне электрондардың делокализациялану нəтижесінде sp 2 көміртегіне қосылуынан болатын жартылай жай байланысты көрсетеді. Қосылыстың құрамында бензол сақинасы бар (C-H >3000см -1, ~1600 см -1, 1440 см -1 аймағында жұтылу жолағы) жəне онда sp 3 көміртегіне қосылған сутегі атомы бар (C-H <3000см -1 ). ЯМР спектрінде электрон акцепторлы топпен қосылған этил тобын көрсететін триплеп жəне квартет сигналдары бар. 7,4-8,0 м.ү. аралығындағы сигналдар бензол сақинасын көрсетеді. Осы алынған мəліметтер бойынша қосылыс төменде көрсетілгендей кетон болуы мүмкін деген қорытынды жасауға болады. Оған спектрдегі интегралдардың қатынасы (5:0,2:0,3) дəлел болады. Енді 37-жаттығуға ауысайық. 37-ЖАТТЫҒУ Молекулалық формуласы C 8 H 10 O болатын ИҚ жəне ЯМР 1 Н спектрлері суретте берілген қосылысты анықтаңыздар. 169

170 Қарқындылық, % сурет 37-жаттығуға берілген ИҚ жəне ЯМР 1 Н спектрлері ЯМР 13 С СПЕКТРОСКОПИЯСЫ ЯМР 13 С спектріндегі сигналдар бізге қосылыстың құрамындағы көміртегі атомдарының түрлері мен ЯМР 1 Н спектріндегі сияқты қосылыстағы сутегі атомдарының түрлері жайлы ақпарат береді. ЯМР 13 С спектрінің жұмыс принципі ЯМР 1 Н спектріне ұқсас. Бірақ ЯМР 13 С спектрін талдауды жеңілдететін кейбір айырмашылықтары бар. ЯМР 13 С спектрінің басты артықшылықтарының бірі көміртегі атомдарының химиялық ығысуы 220 м.ү. аралығында болады (14.5-кесте). Ал ЯМР 1 Н спектрінің аймағы тек 12 м.ү. дейін орналасады (14.4-кесте). Бұл сигналдардың бір-бірімен қаптасу мүмкіндігі аз дегенді білдіреді. ЯМР 13 С спектрінде альдегид ( м.ү.) пен кетонның ( м.ү.) карбонилді топтарын басқа карбонилді топтардан оңай ажыратуға болады. 170

171 14.5-кесте. ЯМР 13 С спектріндегі химиялық ығысудың жуық мəндері химиялық ығысудың жуық химиялық ығысудың Көміртегі түрі Көміртегі түрі мəндері жуық мəндері ЯМР 13 С спектріндее де эталонды қосылыс ретінде ЯМР 1 Н спектріндегідей ТМС қолданылады. Сіздер ЯМР 13 С спектрін талдауда оны бес аймаққа бөлуге болатынын жəне əр аймаққа көміртегі атомының белгілі бір сигнал түрі бола- тындығын көресіздер. ЯМР 13 С спектрінің кемшілігі, егер арнайы əдістер қолданылмаса, ЯМР 13 С спектрі сигналдарының ауданы сигналдарды тудыратын көміртегі атомдарының 171

172 санына пропорционалды болмайды. Осылайша, сигналдарды беретін көміртегі атомдарының санын интегралдау арқылы анықтау мүмкін болмайды суреттегі бутанол-2-нің ЯМР 13 С спектрінде əртүрлі ортада болатын төрт көміртегінің төрт сигнал беретіндігі көрсетілген. Сигналдардың өзара тең орналасуы ЯМР 1 Н спектріндегідей факторларға байланысты. Көміртегі электроны көп ортада төменгі жиілікті сигналдар шығарады. Ал электрон акцепторлы топтарға жақын орналасқан көміртегі атомдары жоғарғы жиілікті сигналдарды тудырады. Бұл бутанол-2-нің көміртегі атомдарының сигналдары осы көміртегімен байланысқан протондардың ЯМР 1 Н спектріндегі сигналдарындай болатындығын білдіреді. Осылайша, электрон акцепторлық бөлінетін ОН тобынан алыс метил тобының көміртегі атомы төменгі жиілікті сигнал береді. Екінші метил тобының көміртегі атомы одан жоғары жиілікте, содан соң метилен тобының көміртегі атомы орналасады. Ал ОН тобымен байланысқан көміртегі жоғары жиілікті сигнал береді сурет Бутанол-2-нің ЯМР 13 С спектрі ЯМР 13 С спектрінің сигналдары көрші көміртегі атомымен бөлінбейді. Егер спектрометр протондық байланыс режимінде жұмыс жасаса, əрбір сигнал көміртегі атомымен байланысқан сигналды шығаратын сутегіне бөлінеді. Сигналдардың көптігі N+1 ережесі бойынша анықталады. Бутанол-2-нің ЯМР 13 С спектріндегі протондық бірігіуі суретте көрсетілген. (78 м.ү. аймағындағы триплет ерітіндіден шығады). Метилді көміртегі үш сутегі атомымен қосылғандықтан, оның көміртегі атомдары сигналының əрқайсысы квартетке бөлінген (3+1=4). Метиленді көміртегі атомының сигналы триплетке (2+1=3) жəне ОН тобымен қосылған көміртегінің сигналы дублетке (1+1=2) бөлінген. 172

173 ə в б а сурет ЯМР 13 С спектріндегі бутанол-2-нің протондық бірігуі: спектрометр протондық байланыс режимінде жұмыс жасаса ЯМР 13 С спектріндегі сигналдар бөлінеді. 38-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстарға арналған екі сұраққа жауап беріңіздер: а. ЯМР 13 С спектрінде қанша сигнал бар? ə. қандай сигналдар төменгі жиілікте орналасады? 39-ЖАТТЫҒУ 38-жаттығудағы 1,2 жəне 3 қосылыстар үшін ЯМР 13 С спектріндегі біріккен протондық байланыстардағы химиялық ығысулардың салыстырмалы мəнін (абсолютті емес) көрсетіңіздер. 173

174 ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Молекулалық формуласы С 9 Н 10 О 2 болатын ЯМР анықтаңыздар: 13 С спектрі келесідей қосылысты Біріншіден идентификацияланатын сигналдарды таңдап алу керек. Мысалы, молекулалық формуладағы екі оттегі атомы мен 166 м.ү. аймағындағы карбонилді көміртегінің сигналы қосылыстың күрделі эфир екендігін көрсетеді. 130 м.ү. аймағындағы төрт сигнал қосылыстың құрамында бір орынбасары бар бензол сақинасының бар екендігін көрсетеді. (Біріншісі орынбасар қосылған көміртегі атомының сигналы, екіншісі көрші екі көміртегі атомының сигналы жəне т.б.) Молекулалық формуладан есептелген бөліктерден (С 6 Н 5 жəне СО 2 ) бөлек С 2 Н 5 тобы қалады. Осылайша біз бұл қосылысты этилбензоат немесе фенилпропанат деп жорамалдаймыз. этилбензоат фенилпропанат Метиленді топтың сигналы 60 м.ү. аймағында болатындықтан, біз оны оттегігің жанында орналасқан деп қорытындылаймыз. Сонда бұл қосылыс этилбензоат болуы керек. Енді 40-жаттығуға ауысайық. 40-ЖАТТЫҒУ суретте берілген молекулалық формуласы мен ЯМР 13 С спектрі бойынша қосылысты анықтаңыздар. С 11 Н 22 О сурет 40-жаттығуға арналған ЯМР 13 С спектрі 174

175 МАГНИТТІ РЕЗОНАНСТЫҚ ТОМОГРАФИЯ ЯМР əдісі медициналық диагностикадағы маңызды аспаптардың бірі болды. Өйткені ол дəрігерлерге инвазиндік хирургия немесе ионданатын зиянды рентген сəулеленусіз ішкі органдар мен құрылымдарды зерттеуге мүмкіндік береді. ЯМР алғаш рет 1981 жылы клиникалық тəжірибеге енгізілген, атын таңдау кейбір дебаттарда дау туғызған. Себебі көптеген ғылыми емес түсініктерде «ядролық» сөзі зиянды радиация (радиактивтілік) деп қабылданады. Сондықтан «Я» сөзі ЯМР медициналық қолданылуынан алынып тасталған магнитті резонанстық томография (МРТ) деген атпен белгілі. Спектрометр МРТ сканері деп аталады. МРТ сканері қондырғыдағы ядроны қоздырғаннан шығып адамның басын толық қоршайтындай үлкен магниттен, магнит өрісінің өзгеруімен сигналдарды қабылдаудан тұрады. (Салыстыру үшін, ЯМР спектрометрінің көлемі химиктерге тек 5 мм шыны түтікті орналастыруға жеткілікті). Əр түрлі ұлпалар əр түрлі сигналдар береді жəне сигналдар пациенттің белгілі бір жеріне қатысты болады. Бұл пациент денесі бейнесінің көлденең қиылысты құрылымын көруге мүмкіндік береді. МРТ бейнені пациенттің орналасу жағдайына қатыссыз анотомиялық ерекшеліктерін байқауға көмектеседі. МРТ сигналдарының көпшілігі су молекуласының сутегі атомынан пайда болады, себебі, ұлпада осы сутегі атомдары басқа органикалық қосылыстардың сутегі атомдарына қарағанда көп болады. Тек айырмашылығы əр түрлі ұлпалардағы байланысқан су басқа мүшелер сигналдарының арасындағы өзгешелікті, сондай-ақ сау жəне зақымданған ұлпа арасында сигналдың өзгеруінде (14.37-сурет). Сондықтан кейде МРТ басқа құралдар беретін бейнелерге қарағанда көп ақпараттар береді. Мысалы, МРТ қан тамырларының нақты бейнелерін береді. Қан сияқты аққыш сұйықтар МРТ сканерінің қоздыруына, стационарлық ұлпаларға қарағанда əр түрлі жауап береді жəне өңдеу дисплейде тек қозғалатын сұйықтарды көрсетеді. Билиарлы ағаш сияқты басқа құрылымдардағы толтырылған сұйықтардың бейнесі ішектегі өттің жүруіне бөгет жасайтын тастарды көруге жəне оларды анықтауға басқа диагностикалық инвазивті əдістерді қолданбауға мүмкіндік жасайды сурет (а) қалыпты күйдегі мидың МРТ-сы. Гипофиз бөлініп көрсетілген (қызғылт түсті) (ə) Мидың осьтік қиылысының МРТ-сы, сұйықпен толтырылған (қызыл) жан-жағы зақымданған ұлпаның ісік ауруы (күлгін) 175

176 ҚОРЫТЫНДЫ Масс-спектрометрия заттың молекулалық массасы мен молекулалық формуласын, сондай-ақ құрылымдық ерекшеліктерін анықтауға мүмкіндік береді. Бұл əдісте заттың кішкентай үлгісі буландырылып, соңынан иондалады да əр молекуладан электрон бөлініп шығып, катион-радикал түріндегі молекулалық ион пайда болады. Молекулалық иондардың көпшілігі катиондарға, радикалдарға, бейтарап молекулалар мен басқа радикалдық катиондарға ыдырайды. Жеңіл үзілетін əлсіз байланыстардан біршама тұрақты өнімдер түзіледі. Масс-спектрометр əр оң зарядталған бөлшектің оның зарядына (m/z) қатынасы қисық түріндегі масс-спектрді жазады. Молекулалық ион шыңы (М) молекулалық ионды көрсетеді жəне оның m/z мəні заттың молекулалық массасын береді. Бөлшектердің m/z мəні кіші болатын шыңдар- оң зарядталған молекула бөлшектері. Негізгі шың интенсивтілігі жоғары шың. Шешімділігі жоғары массспектрометрлер молекулалық формуласы анықталатың қосылыстың молекулалық массасын дəл анықтайды. М+1 шыңдар көміртегінің табиғи 13 С изотопынан пайда болады. М+2 үлкен шың қосылыстың құрамында хлор немесе бром атомдарының болатынын көрсетеді; егер бұл М шыңы биіктігінің 1/3 бөлігі болса, қосылыста бір хлор атомы бар; егер М жəне М+2 биіктігі сондай шың болса, қосылыстың құрамында бір бром атомы болады. Əрбір функционалдық топ бөлшектерін сипаттайтын үлгісі бар. Электрондық атқылау жұптаспаған электрон жұбын ығыстырады. Спектроскопия затпен электромагниттік сəулеленудің өзара əрекеттесуін зерттейді. Əртүрлі электромагниттік сəулелену континуумынан электромагниттік спектрлер шығады. Жоғары жиіліктегі қатаң сəулелену үлкен толқын саны жəне қысқа толқын ұзындықтарына байланысты. Инфрақызыл спектроскопия əдісімен қосылыс құрамындағы функционалдық топтар идентификацияланады. Əрбір деформациялық жəне валенттік тербелістерді сипаттайтын жиіліктері болады. Бұл байланысты қысқаннан гөрі созу үшін көп энергияны қажет етеді. Қосылыс өзінің тербелістерінің біріне сəйкес жиілікті сəулеленумен атқыланса молекула энергияны жұтып, ИҚ спектрінде жұтылу жолағы пайда болады. Жұтылу жолағының орны, қарқындылығы жəне түрінің көмегімен функционалдық топтарды анықтайды. Біршама берік байланыстар жоғарғы толқын ұзындығында жұтылады. Жұтылу жолағының қарқындылығы байланыстың полюстілігіне тəуелді. ЯМР спектроскопия органикалық қосылыс құрамындағы көміртегі-сутегі қаңқасын анықтауда қолданылады. Үлгі магнит өрісіне салынғанда өрістегі ядро біршама төменгі энергиялы α-спиндік күйде болады; өріске қарсы бағыттағы ядро жоғарғы энергиялы β-спиндік күйде болады. Спиндік күйлердің энергияларының айырмашылығы сыртқы магнит өрісі кернеуіне тəуелді. Спиндік күйлердің энергияларының айырмашылығына сəйкес энергиялы сəулемен əсер еткенде, α-спиндік күйдегі ядро β-спиндік күйге дейін артады жəне жиілігі спиндік күйлер энергиясының айырмашылығына тəуелді сигналдарды шығарады. ЯМР спектрометр осы сигналдарды анықтайды жəне оларды жиілігінің ЯМР спектріндегі қарқындылығына тəуелді қисық түрінде көрсетеді. 176

177 Химиялық эквивалентті протондардың əр жиынтығынан ЯМР 1 Н спектрінде қосылыстағы əр түрлі протондар санын көрсететін сигналдар пайда болады. Химиялық ығысу эталонды ТМС сигналынан басталатын арақашықтықтың өлшемі. Магниттік өріс протонды қаншалықты көп қабылдаса, сигналдың жиілігі де соғұрлым жоғары болады. Протон болатын ортаның электрондық тығыздығы протонды сыртқы магнит өрісінен қорғайды. Осылайша, электронға қанық ортадағы протон электрон акцепторлы топтың жанындағы протонға қарағанда біршама төменгі жиіліктегі сигналды береді. Төменгі жиілікті сигналдардың (күшті өріс) мəні (м.ү.) аз болады; жоғарғы жиілікті (əлсіз өріс) сигналдардың мəні де үлкен болады. Соныменен сигналдың орны сигналға жəне көрші орынбасар түріне жауапты протон типін көрсетеді. Интегралдық аудан бізге əр сигналға жауапты протондардың салыстырмалы санын береді. Сигналдардың мультиплеттілігі (сигналдағы шыңдар саны) көрші көміртегімен байланысқан протондар санын көрсетеді. Протондардың бірігуі N+1 ережесімен сипатталады, N көрші көміртегімен байланысқан эквивалентті протондар саны. Байланыс константасы (J) дегеніміз ЯМР спектріндегі бөлінген көрші сигнал шыңдары арасындағы арақашықтық. Байланысқан протондардың байланыс константалары да бірдей болады. ЯМР 13 С спектріндегі сигналдар саны қосылыстың құрамында қанша көміртегі атомының бар екендігін көрсетеді. Электронға қанық ортадағы көміртегі төменгі жиілікті сигналдарды береді; электрон акцепторлы топтарға жақын көміртегі атомдары жоғары жиілікті сигналдарды береді. Егер спектрометр протондық байланыс режимінде жұмыс жасамаса ЯМР 13 С спектріндегі сигналдар тікелей қосылған протондармен бөлінбейді. ЖАТТЫҒУЛАР 41. Келесі қосылыстар жұбы үшін оларды бір-бірінен ажырататын ИҚ спектріндегі бір жұтылу жолағын анықтаңыздар: а. жəне б. жəне жəне ə. в. CH 3 CH 2 CH 2 OH жəне CH 3 CH 2 OCH Келесі қосылыстардың қайсысының масс-спектрінде m/z=57 жəне m/z=71 интенсивті шыңдары бар? а. 3-метилпентан ə. 2-метилпентан жəне суреттерде берілген əр ИҚ спектрлерінде төрт қосылыстың мəліметтері берілген. Төрт қосылыстың қайсысына қандай спектр жауап береді? а. 177

178 Толқын жиілігі (μм) сурет 43а жаттығуына арналған ИҚ спектрі ə. Қарқындылық, % Қарқындылық, % сурет 43ə жаттығуына арналған ИҚ спектрі 44. Норлутин мен эновид ұрықтануды тежейтін кетондар. Сондықтан олар контрацептивтер ретінде қолданылады. Осы қосылыстардың əрқайсысы үшін ИҚ спектрінде жоғарғы жиілікте карбонил тобының қандай жұтылу жолақтары (деформациялық) болады? Жауаптарыңызды түсіндіріңіздер. 178

179 45. Келесі қосылыстар жұбы үшін оларды бір-бірінен ажырататын ИҚ спектріндегі бір жұтылу жолағын анықтаңыздар: а. б. жəне жəне жəне ə. в. CH 3 CH 2 CHCH 2 жəне CH 3 CH 2 CH 2 CH а. Келесі реакцияның жүргенін анықтау үшін ИҚ спектроскопиясын қалай қолдануға болады? ə. Өнімді тазалағаннан кейін NH 2 NH 2 толық реакциялық ортадан жойылғанын қалай анықтауға болады? 47. 2,2-диметилпропанның масс-спектрін пентан жəне 2-метилбутаннан массспектрлерінен қалай ажыратуға болады? , жəне суреттерде бес қосылыстың ИҚ спектрі берілген. Берілген бес қосылыстың қайсысы қандай қосылысқа жауап береді: а. 179

180 сурет 48а жаттығуына арналған ИҚ спектрі ə. Қарқындылық, % Қарқындылық, % сурет 48ə жаттығуына арналған ИҚ спектрі б. 180

181 14.42-сурет 48б жаттығуына арналған ИҚ спектрі суретте берілген ИҚ спектрі келесі қосылыстардың біріне сəйкес келеді. Осы қосылыстарды анықтаңыздар? Қарқындылық, % Қарқындылық, % Қарқындылық, % 181

182 Толқын жиілігі (μм) сурет 49-жаттығуға арналған ИҚ спектрі 50. Құрамында екі бром атомы бар қосылыстың масс-спектрінде қандай сипаттамалы белгілері болады? суреттегі ИҚ спектрі келесі қосылыстардың қайсысына сəйкес келеді? Қарқындылық, % Қарқындылық, % сурет 51-жаттығуға арналған ИҚ спектрі 52. Гексадиен-1,5 мен гексадиен-2,4-тің ИҚ спектрлерін қалай ажыратуға болады? 53. ЯМР спектроскопиясында қолданылатын қандай электромагниттік сəулелену жиілігін ИҚ жəне УК спектроскопиясында қолданылатын қандай электромагниттік сəулелену жиілігімен салыстыруға болады? 54. Келесі қосылыстардан қандай сигналдар алынады: 182

183 а. ЯМР 1 Н спектрінде? ə. ЯМР 13 С спектрінде? Химиялық эквивалентті протондар жиынтығында ең төменгі жиілікте болатын а жиынтығын қолданып ЯМР 1 Н спектрінде ə одан төменгі жиілікте жəне т.б. Əр сигналдың мультиплеттілігін көрсетіңіздер. а. в. ə. г. б. ғ. 56. Келесі қосылыстарды анықтаңыздар (Салыстырмалы интегралдық ауданы спектрдің сол жағынан оң жағына қарай). а. Молекулалық формуласы C 4 H 10 O 2 болатын қосылыстың ЯМР 1 H спектрінде аудандарының қатынасы 2:3 болатындай екі синглет бар. ə. Молекулалық формуласы C 8 H 6 O 2 болатын қосылыстың ЯМР 1 H спектрінде аудандарының қатынасы 1:2 болатындай екі синглет бар. 57. Берілген ЯМР 1 H спектрі келесі қосылыстардың қайсысына сəйкес келеді: 183

184 58. 1,2-, 1,3- жəне 1,4-динитробензолдарды қалай ажыратуға болады: а. ЯМР 1 Н спектроскопиясы бойынша? ə. ЯМР 13 С спектроскопиясы бойынша? 59. Төменде молекулалық формуласы C 4 H 9 Br болатын қосылыстың 3 изомерінің ЯМР 1 Н спектрлері берілген. Қандай изомер қай спектрге сəйкес келеді? 184

185 185

186 60. Келесі қосылыстар жұбын ЯМР 1 Н спектрі бойынша қалай ажыратуға болады? а. СН 3 CH 2 CH 2 ОСН 3 жəне CH 3 CH 2 ОCH 2 СН 3 ə. BrCH 2 CH 2 CH 2 Br жəне BrCH 2 CH 2 CH 2 NO 2 б. жəне в. жəне 61. Төменде берілген қосылыстарды молекулалық массасы мен ЯМР 1 Н спектрі бойынша анықтаңыздар. Əр сигналға жауап беретін сутегі атомдарының саны жақша ішінде көрсетілген. а. C 4 H 8 Br 2 1,97 м.ү. (6) синглет ə. C 8 H 9 Br 2,01 м.ү. (3) дублет 3,89 м.ү. (2) синглет 5,14 м.ү. (1) квартет 7.35 м.ү. (5) кең синглет б. C 5 H 10 O 2 1,15 м.ү. (3) триплет 1,25 м.ү. (3) триплет 2.33 м.ү. (2) квартет 4.13 м.ү. (2) квартет 62. Молекулалық массасы C 4 H 9 CІ болатын А қосылысының ЯМР 13 С спектрінде екі сигнал бар. Ə қосылысы А қосылысының изомері төрт сигнал көрсетеді, протондық байланыс режиміндегі ең жоғары жиілікте дублет болады. А жəне Ə қосылыстарын идентификациялаңыздар? 63. Келесі қосылыстар жұбын ЯМР 1 Н спектроскопиясы бойынша қалай ажыратуға болады? а. жəне ə. жəне 64. Төменде молекулалық формуласы C 7 H 14 O болатын үш изомерлі қосылыстың ЯМР 1 Н спектрі көрсетілген. Қандай изомерге қайсы спектр сəйкес келеді? 186

187 ə. 187

188 65. ЯМР 1 Н спектрін пайдаланып келесі эфирдің құрылысын анықтаңыздар? А Ə Б В 66. Молекулалық массасы С 7 Н 14 О жəне ЯМР 13 С спектріндегі протондық байланыс мəндері келесідей болатын қосылысты анықтаңыздар. 67. Галогеналкан алкоксид ионмен əрекеттескенде түзілетін қосылыстың ЯМР 1 Н спектрі төменде көрсетілген. Галогеналкан мен алкоксид ионды анықтаңыздар. 188

189 68. Молекулалық массасы мен ИҚ жəне ЯМР 1 Н спектрі негізінде келесі белгісіз қосылысты анықтаңыздар. Қарқындылық, % 69. Пропиленге НВr қосқанда электрофил сутегі атомының саны көп sp 2 көміртегіне қосылады деген ережені ЯМР 1 Н спектрімен қалай дəлелдеуге болады (5.3-бөлім, 1-кітап)? 189

190 15-ТАРАУ КӨМІРСУЛАРДЫҢ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯСЫ Биоорганикалық қосылыстар дегеніміз биологиялық жүйелерден табылған органикалық қосылыстар. Олардың құрылысы өте күрделі болса да, олардың реакциялық қабілеттіліктері біз бұрын қарастырған қарапайым органикалық молекулалардың реакциялық қабілеттіліктері сияқты принциппен қарастырылады. Зертханадағы химиктердің жүргізетін көптеген органикалық реакциялары табиғатта тірі жасушалардың ішінде де жүреді. Басқаша айтқанда биоорганикалық реакцияларды жасуша деп аталатын өте кішкентай құтыдағы органикалық реакциялар деп қарастырса да болады. Биоорганикалық қосылыстардың көпшілігінің құрылысы біздер көріп жүрген органикалық қосылыстардың құрылысына қарағанда күрделі болады. Бірақ сіздер бұдан химиялық қосылыстардың құрылысы қиын болу керек деп ойламаңыздар. Биоорганикалық қосылыстардың құрылысының күрделі болуының басты себептерінің бірі, биоорганикалық қосылыстар бір-бірінен өзгешеленетіндей болуы керек. Осыған байланысты олардың молекулалық құрылысындағы көп бөлігінің қызметі молекулалық айқындаушы деп аталады. 190

191 Біз қарастыратын биоорганикалық қосылыстардың бірінші тобы биологиялық жүйелерде көп таралған жердің биомассасының құрғақ салмағының 50% құрайтын қосылыстар көмірсулар. Көмірсулар тірі ағзалардың маңызды құрам бөлігі жəне онда көптеген маңызды қызмет атқарады. Кейбіреулері жасушаның маңызды құрылымдық компоненті; енді бірі жасушаның беткі қабатындағы айқындаушы орындар. Мысалы, біздің кезкелгеніміздің өмірде пайда болуымыздың алғашқы оқиғасы ол жұмыртқаның бетіндегі көмірсулардың ұрықты танып айқындауы. Басқа көмірсулар метаболиттік энергия көзі болып табылады. Өсімдік жапырақтары, жемістері, сабақтары мен тамырларында көмірсулар болады. Оны өсімдіктер өзінің метаболиттік қажеттіліктеріне жұмсайды, бірақ кейбір көмірсулар жануарлар өсімдікпен қоректенгенде, олардың организміндегі метаболиттік қажеттіліктеріне жұмсалады. D-глюкоза сияқты көмірсулар полигидроксиальдегидтерге, ал D-фруктоза полигидроксикетондарға жатады, ал сахароза полигидроксиальдегидтер D-глюкоза мен полигидроксикетондардың əрекеттесуінен түзіледі (15.13-бөлім). Көмірсулардың химиялық құрылысы Фишердің проекциялық формуласы бойынша немесе сүйір жəне сызықты құрылымдармен көрсетіледі. Фишер проекциясыдағы екі перпендикулляр сызықтың қиылысқан нүктесі симметриялық орталық болады. Қағаз жазықтығынан шығып горизонтальді сызық бақылаушыға қарай бағытталғанына байланысты жəне вертикалді сызық бақылаушыға қарағанда қағаз жазықтығының артқы жағында болатын байланысты D-фруктоза көрсетеді. 191

192 Табиғатта көп таралған көмірсу D-глюкоза. Жануарлар D-глюкозаны тағамнан, мысалы өсімдіктерден алады. Глюкоза өсімдіктерде фотосинтез процесінде түзіледі. Фотосинтез процесі кезінде өсімдіктер тамыры арқылы келген су мен ауадағы көмір қышқыл газынан D-глюкоза жəне оттегін синтездейді. Себебі, фотосинтез организмдерде энергия алуда қолданылатын, əсіресе фотосинтез процесін жүзеге асыру үшін D-глюкоза көмір қышқылы мен суға дейін тотығатын кері процесс. Өсімдік фотосинтез процесіне қажетті энергияны жасыл өсімдік хлорофилдерінің жарық сəулесін сіңірген кезде алады. Фотосинтезге қажетті СО 2 газын жануарлар оттегімен дем алғанда бөліп шығарады. Атмосферадағы барлық оттегі фотосинтез процесінің нəтижесінде бөлінеді. тотығу 3D молекула: D-глюкоза; D-фруктоза D-глюкоза фотосинтез энергия 15.1 КӨМІРСУЛАРДЫҢ КЛАССИФИКАЦИЯСЫ Көмірсу, сахарид, қант терминдері синоним ретінде қолданылады. «Сахарид» термині ертеректегі «сахар-қант» сөзінен (sarkara санскритше, sakcharon грекше жəне сахар латынша) шыққан. Көмірсулар екі класқа жіктеледі: жай көмірсулар жəне күрделі көмірсулар. Жай көмірсуларға моносахаридтер (жеке қанттар), ал күрделі көмірсуларға екі жəне одан да көп моносахаридтерден тұратын көмірсулар жатады. Дисахаридтер өзара байланысқан екі моносахаридтен, олигосахаридтер 3-10 моносахаридтен (олигонуклеотидтер грек тілінде бірнеше), полисахаридтер 10-нан көп моносахаридтерден тұрады. Дисахарид, олигосахарид жəне полисахаридтер гидролизденіп моносахаридтер түзеді. D-глюкоза сияқты моносахаридтер полигидрокси альдегид, ал D-фруктоза полигидрокси кетонға жатады. Полигидроксилді альдегидтер альдоз («аль» альдегидтер; «оза» кетондар жалғауы), полигидроксилді кетондар кетоздар деп аталады. Моносахаридтер құрамындағы көміртегі атомының санына байланысты бөлінеді: үш көміртекті моносахарид триоз, төрт көміртекті моносахарид тетроз, 192

193 бес көміртекті моносахарид пентоз, ал алты жəне жеті көміртекті моносахарид гексоз жəне гептоз деп аталады. Осылайша, D-глюкоза сияқты алты көміртекті полигидрокси альдегид альдогексоз, ал D-фруктоза сияқты алты көміртекті полигидрокси кетон кетогексоз деп аталады. 1-ЖАТТЫҒУ Келесі берілген моносахаридтерді жіктеңіздер: D-рибоза D-гептулоза D-манноза 15.2 D ЖƏНЕ L ҚАТАР Атауы «оза» жалғауына аяқталмайтын ең кіші альдоз глицерин альдегиді альдотриоз. Глицерин альдегидінің асимметриялық орталығы болғандықтан, ол энантиомерлер жұбы түрінде кездеседі. Біз төмендегі сол жақта орналасқан изомердің R конфигурациялы екендігін білеміз. Себебі, меңзерлер ең үлкен орынбасардан (ОН) келесі орынбасарға (СН=О) қарай сағат тілімен (6.6-бөлім). Фишер проекциясындағы конфигурацияны анықтау үшін үлкен орынбасардан меңзермен келесі орынбасарға қарай көрсеткеннен кейін біз ең кіші орынбасарға қарауымыз керек. Егер ең кіші орынбасар сағат тілімен бағыттағы меңзермен көрсетілгенде вертикальді (тік) байланыста болса, R жəне сағат тіліне қарсы бағыттағы меңзер болса S 193

194 конфигурацияда болады. Егер ең кіші орынбасар горизонтальді байланыста (көлденең) болса, сіздер дəл осы жерден меңзердің сағат тіліне қарсы бағыттағы S конфигурациясына керісінше R конфигурацияда болатынына жауап аласыздар. D жəне L белгілері көмірсулардың конфигурациясын көрсету үшін қолданылады. Моносахаридтердің Фишер проекциясында карбонил тобы үнемі жоғарғы жақта (альдоз болса) немесе екінші жақын орында (кетоз болса) орналасады. Галоктозаның Фишер проекциясы төменде қарастырылған жəне қосылыстың құрамында төрт асимметриялық орталық болатындығы C-2, C-3, С-4 жəне С-5). көрсетілген. Егер ОН тобы асимметриялығы жоғары орталықтың (төменнен санағанда екінші көміртегі) оң жағында болса, онда ол D-қантқа жатады. Егер ОН тобы сол жағында болса, онда ол L-қантқа жатады. Табиғатта кездесетін қанттардың басым көпшілігі L-қантқа жатады. D-қанттың айнадағы көрінісі L-қант болатындығына назар аударыңыздар. 194

195 Он тоғызыншы ғасырдың соңында Эмиль Фишер мен оның қызметтестері қосылыстардың конфигурациясын анықтау əдістері қол жетімді болмаған кезде көмірсуларды зерттеген. Фишер шартты түрде R- конфигурацияны глицерин альдегидінің оңға бұрушы изомері деп белгіледі. Біз оны D-глицерин альдегиді деп атаймыз. Ол дұрыс белгілеген: D-глицерин альдегиді (R )-(+)-глицерин альдегиді жəне L-глицерин альдегиді (S)-(-)-глицерин альдегиді. R жəне S белгілері, D жəне L белгілері сияқты асимметриялық орталық конфигурациясын көрсетеді, бірақ олар қосылыс поляризация жазықтығындағы поляризацияланған жарықты оңға (+) немесе солға (-) бұратынын немесе бұрмайтындығын көрсетпейді (6.7-бөлім). Мысалы, D-глицерин альдегиді оңға бұрушы, ал D-сүт қышқылы солға бұрушы. Басқаша сөзбен айтқанда, оптикалық айналу, балқу жəне қайнау температуралары сияқты қосылыстың физикалық қасиеті. R, S, D жəне L асимметриялық орталық конфигурациясын көрсетуде қолданылатын конвенция. Көмірсулардың жалпы атауы мен D жəне L белгілері асимметриялық орталықтардың конфигурациясы да жалпы атаумен көрсетілетіндіктен олардың құрылысын толық айқындайды. Төрт түрлі орынбасары бар көміртегі атомы асимметриялық орталық болады оқулық: D жəне L белгілері 2-ЖАТТЫҒУ L-глюкоза мен L-фруктозаның Фишер проекциясын сызыңыздар АЛЬДОЗДАР КОНФИГУРАЦИЯСЫ Альдотетроздарда екі асимметриялық орталықтар бар, сондықтан олардың төрт стереоизомерлері болады. Олардың екеуі D-қанттардың жəне екеуі L-қанттардың стереоизомерлері. Альдотетроздарды эритроза жəне треозалар деп атайды. 195

196 D-эритроза L-эритроза D-триоза L-триоза Альдопентоздарда үш асимметриялық орталық бар, сондықтан олардың сегіз стереоизомерлері (энантиомерлердің төрт жұбы); альдогексоздарда төрт асимметриялық орталығы жəне 16 стереоизомерлері (энантиомерлердің сегіз жұбы) бар. Төрт D-альдопентоз жəне сегіз D-альдогексоздар 15.1-кестеде берілген кесте. D-альдоздардың конфигурациясы D-глицерин альдегиді D-эритроза D-триоза D-рибоза D-арабиноза D-ксилоза D-ликоза -аллоза D-альтроза D-глюкоза D-манноза D-гулоза D-идоза D-галактоза D-талоза Бір асимметриялық орталықтары бойынша өзгешеленетін диастереомерлер эпимерлер деп аталады. Мысалы, D- рибоза мен D- арабиноза С-2 эпимерлері, себебі олардың конфигурациясы тек С-2 көміртегі бойынша өзгешеленеді; L-идоза мен L-талоза С-3 эпимерлері. 196

197 фильм: D-альдозалар конфигурациясы D-Глюкоза, L-манноза, D-галактозалар биологиялық жүйелерде көп таралған альдогексоздар. Олардың құрылысын анықтаудың қарапайым жолы D-глюкозаның құрылысын есте сақтау, содан кейін D- галактоза мен D-глюкозаның С-2 эпимерлері екенін ұмытпау керек. D- манноза мен D- глюкоза С-2- эпимерлері D-галактоза мен D- глюкоза С-4 эпимерлері 3-ЖАТТЫҒУ а. Қандай көмірсу D-ксилозаға С-3 эпимері болады? ə. Қандай көмірсу D-аллозаға С-5 эпимері болады? 15.4 КЕТОЗДАРДЫҢ КОНФИГУРАЦИЯСЫ Табиғи кетоздардың құрамында екінші орында карбонил тобы болады. Табиғи кетоздардың конфигурациясы 15.2-кестеде берілген. Көміртегінің саны бірдей альдоздарға қарағанда кетоздардың құрамында бір асимметриялық орталыққа кем болады. Осылайша, көміртегінің саны бірдей альдоздардың стереоизомерлеріне қарағанда кетоздарда осы стереоизомерлердің жартысы ғана болады. 4-ЖАТТЫҒУ Қандай көмірсу D-фруктозаға С-5 эпимері болады? 5-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың қанша стереоизомері бар? а. 2-кетогептоз ə. альдогептоз б. кетотриоз 197

198 15.2-кесте. D-кетоздардың конфигурациясы 15.5 МОНОСАХАРИДТЕРДІҢ СІЛТІЛІ ОРТАДАҒЫ РЕАКЦИЯЛАРЫ Моносахаридтер негіздік реагенттермен реакцияға түспейді, себебі сілтілік ортада моносахаридтер полигидрокси альдегидтер мен полигидрокси кетондардың күрделі қоспасын түзеді. Енді алдымен D-глюкоза сілтілік ортада өзінің С-2 эпимеріне қалай өзгеретіндігін қарастырайық. 198

199 Негіз катализаторы қатысындағы моносахаридтер эпимеризациясының механизмі D-глюкоза енолят ион D-манноза Негіз α-көміртегінен протон бөлініп енолят ионы түзіледі (13.3-бөлім). Енолят ионының С-2 асимметриялық орталығы болмайды. С-2 қайта протонданғанда протон sp 2 көміртегі жазықтығының жоғарғы жəне төменгі жағында орналасып D-глюкоза мен D-манноза түзіледі. Нəтижесінде С-2 эпимерлер жұбы түзілетіндіктен бұл эпимерлену реакциясы деп аталады. Протонның бөлінуінен эпимерлену көміртегінің конфигурациясын өзгертеді де қайтадан протонданады. Сілтілік ерітіндіде қосылу нəтижесінде С-2 эпимері түзіледі, D-глюкоза қайта топтасып D-фруктоза жəне басқа кетогексоздарға өзгереді. Негіз катализаторы қатысындағы моносахаридтердің қайта топтасуының механизмі D-глюкоза енолят ион енедиол D-фруктоза Негіз α-көміртегінен протон бөлініп енолят ионы түзіледі (13.3-бөлім). Енолят ионы оттегін протонданып енедиол (жоғарыда көрсетілген механизмдегі көміртегі ретінде ) түзіледі. Енедиол да карбонил тобы түзілетін екі ОН тобы бар. ОН тобының С-1 бойынша D-глюкозаға таутомерленуі (5.5-бөлім); ОН тобының С-2 бойынша D- фруктозаға таутомерленуі. Негіз қатысындағы D-фруктозаның С-3 көміртегінен протонның бөлінуінен қайта топтасып енедиол түзіліп, ары қарай С-2 немесе С-3 карбонил тобының таутомерленуінен кетоздар түзіледі. Осылайша карбонил тобы тізбектің жоғарғы жəне төменгі жағында орналасады. 199

200 6-ЖАТТЫҒУ D-тагозаға негіздің сулы ерітіндісін қосса тепе-теңдік күйде болатын үш моносахаридтердің қоспасы алынады. Бұлар қандай моносахаридтер? 7-ЖАТТЫҒУ D-фруктозаның D-глюкоза мен D-маннозаға негіз катализаторы қатысында өзгеруінің механизмін жазыңыздар МОНОСАХАРИДТЕРДІҢ ТОТЫҒУ- ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫ Құрамында спирттік функционалдық топпен альдегид немесе кетон топтары болғандықтан моносахаридтер спирттер мен альдегид жəне кетондарға тəн реакцияларға түседі. Мысалы, моносахаридтердегі альдегид тобы тотығады немесе тотықсызданады жəне нуклеофилдермен əрекеттесіп иминдер, жартылай ацетальдар жəне т.б. түзіледі. Сіздер бұл бөлімді оқып моносахаридтердің реакцияларын қарастырғанда, бұрын өткен қарапайым органикалық қосылыстардың қасиеттерін кездестіресіздер. Артқа оралып бұрын қарастырғандарыңызға қарасаңыздар; олар көмірсуларды қарастырғанда біршама жеңіл болады. Тотықсыздану реакциялары Альдоздар мен кетоздардың құрамындағы карбонил тобы натрий боргидридімен тотықсызданады (NaBH 4, 12.6-бөлім). Тотықсыздану өнімі альдитол деп аталатын көп атомды спирт. Альдоздар тотықсызданса бір альдитол түзіледі. Мысалы, D-маннозадан D-манитол түзіледі. Альдитол саңырауқұлақтардан, зəйтүн мен пияздан табылған спирт түрі. Кетоздардың тотықсыздануынан екі полиол түзіледі. Себебі реакция өнімінде жаңа асимметриялық орталық пайда болады. Мысалы, D-фруктоза тотықсызданса D-маннит жəне D-сорбит түзіледі. D-маннит жəне оның С-2 эпимері D-сорбит түзіледі. D-сорбит кейде D-глюцит деп аталады жəне қанттың 60% құрайтын тəтті көмірсу. Ол сондай-ақ қара өрік, алмұрт, шие жəне жидектерде болады жəне конфет өндірісінде қантты алмастырушы ретінде қолданылады. 200

201 8-ЖАТТЫҒУ Тотықсыздану өнімдерін көрсетіңіздер. а. D-идоза ə. D-сорбоза 9-ЖАТТЫҒУ D-галактозадан басқа қандай көмірсулар альдит түзеді? 10-ЖАТТЫҒУ Қандай моносахаридтен екі альдит түзіледі, егер бірі D-талозадан түзілетін алдитол болса? Тотығу реакциялары Альдоздарды кетоздардан ажырату үшін қант ерітіндісіне бром суын қосқанда түсі өзгереді. Br 2 жұмсақ тотықтырғыш жəне альдегид тобын жеңіл тотықтырады, бірақ кетондар мен спирттерді тотықтырмайды. Сондықтан Br 2 суының аздаған мөлшерін белгісіз моносахарид ерітіндісіне қосса, оның қызғылт қоңыр түсі альдоза болса жойылады. Себебі Br 2 тотықсызданып түссізденеді. Ал егер қызғылт қоңыр түсі сақталса, онда моносахаридтің кетоз екендігін білдіреді. Егер тотықтырғыш Br 2 -ден күшті болса (мысалы, HNO 3 ), біріншілік спирттер де тотығады. 201

202 11-ЖАТТЫҒУ а. D-глюкозадан басқа азотты қышқылмен D-глюкар қышқылына дейін тотығатын альдогексозды атаңыздар. ə. D-глюкар қышқылының басқаша атауы қандай? б. Бірдей глюкар қышқылына дейін тотығатын альдогексоздар жұбын атаңыздар. ҚАНТ ДИАБЕТІМЕН АУЫРАТЫН АДАМДАРДЫҢ ҚАНЫНДАҒЫ ГЛЮКОЗА ДЕҢГЕЙІН ӨЛШЕУ Қандағы глюкоза гемоглобиннің NH 2 тобымен əрекеттесіп имин түзіледі де (12.7-бөлім), соңынан гемоглобин АПК сияқты белгілі тұрақты аминокетонға қайта құрылады. Инсулин қандағы глюкоза деңгейін реттеу арқылы гемоглобин-апк мөлшерін реттейтін гормон. Диабет ағзаға қажетті мөлшердегі инсулин бөлінбейтін күй. Себебі диабетпен ауыратын адамдарда сау адамдармен салыстырғанда қандағы глюкоза мөлшері мен гемоглобин-апк мөлшері де көп болады. Осылайша, гемоглобин-апк деңгейін өлшеу арқылы диабетпен ауыратын адамдардағы глюкоза деңгейін бақылауға болады. Диабетпен ауыратын адамдардағы катаракта ауыруы глюкозаның көз қарашығындағы белоктың NH 2 -тобымен реакциясының нəтижесінде пайда болады. Кейбір адамдар үлкен адамдардағы артериалдық қысым белоктың NH 2 -тобымен реакциясына ұқсас таралған деп ойлайды ТІЗБЕКТІҢ ҰЗАРУЫ: КИЛЛЯНИ-ФИШЕР СИНТЕЗІ Альдоздардың көміртегі тізбегі Килляни-Фишер синтезі арқылы бір көміртегі атомына артады. Басқаша айтқанда, тетроздар пентоздарға, ал пентоздар гексоздарға өзгереді. 202

203 Синтездің бірінші сатысында цианид ион карбонил тобына қосылады. Бұл реакцияда бастапқы өнімдегі карбонилді көміртегін асимметриялық орталыққа өзгертеді. (Өнімдегі ОН тобы Фишер проекциясында С-2 көміртегінің оң немесе сол жағында орналасады). Яғни түзілетін екі өнім бір-бірінен тек С-2 конфигурациясы бойынша ажыратылады. Реакция барысында асимметриялық орталықтардағы байланыс өзгермейтіндіктен олардың конфигурациясы да өзгермейді. Палладий катализаторы қатысында C N байланысы бойынша имин түзіледі де имин аминге дейін тотықсызданбайды (5.12-бөлім). Екі имин де альдозға гидролизденеді (12.7-бөлім). Синтездің бірінші сатысында бастапқы қосылыстағы карбонилді көміртегі асимметриялық орталыққа өзгеретіндіктен С-2 эпимерлер жұбының түзілетіндігіне назар аударыңыздар. 12-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардан Килляни-Фишер синтезі бойынша қандай моносахаридтер түзіледі? а. D-ксилоза ə. D-триоза Ө М І Р Б А Я Н Генрих Килляни ( ) Германияда дүниеге келген. Мюнхен университетінде Ph D атағын алып, профессор Эмиль Эрленмейерден білім алады. Килляни Фрайбург университетінде химия профессоры болады ГЛЮКОЗА СТЕРЕОХИМИЯСЫ: ФИШЕР ДƏЛЕЛДЕМЕЛЕРІ 1891 жылы Эмиль Фишер (15.2 жəне бөлімдер) химия тарихындағы теңдесі жоқ талдаудың мысалы болған глюкозаның стереохимиясын анықтайды. Ол өзінің зерттеулері үшін табиғатта кең таралған моносахарид (+)-глюкозаны таңдап алады. Килляни- Фишер синтезінен С-2 эпимерлерінің жұбы түзіледі 203

204 Фишер (+)-глюкозаның альдогексоз екенін, бірақ альдогексозға тəн 16 əртүрлі құрылымды көрсетуге болатындығын білген. Олардың қайсысы (+)-глюкозаның құрылысына жауап береді? Альдоздардың 16 стереоизомерлері шындығында 8 жұп энантиомерлер. Егер сіздер осы 8 жұптың біреуінің құрылысын білсеңіздер, қалғандарының да құрылысын білетін боласыздар. Осылайша Фишер тек бір жұп энантиомерді қарастыру қажеттігін айтады. Ол Фишер проекциясында С-5 ОН тобы оң жақта болатын сегіз жұп стереоизомерлерді қарастырады (Біздер D- қанттар деп атайтын стереоизомерлер төменде көрсетілген). D-аллоза D-алтроза D-глюкоза D-манноза D-гулоза D-идоза D-галактоза D-талоза Олардың бірі (+)-глюкоза, ал оның айнадағы көрінісі (-)-глюкоза. Бұл 1951 жылға дейін (+)-глюкозаның D-глюкоза немесе L-глюкозаға жататындығын анықтау мүмкін болмады. Фишер глюкозаның стереохимиясын анықтау үшін келесідей мəліметтерді қолданған. Яғни олардың əр қайсысының асимметриялық орталықтарының конфигурациясын анықтау үшін. 1. Килляни-Фишер синтезі бойынша арабинозадан (+)-глюкоза мен (+)-манноза сияқты белгілі қанттар алынады. Бұл (+)-глюкоза мен (+)-манноза С-2 эпимерлері дегенді білдіреді; басқаша айтқанда олардың конфигурациясы да С-3, С-4 жəне С-5 көміртектері бойынша. Сондықтан глюкоза мен манноза келесі қанттардың 1 жəне 2, 3 жəне 4, 5 жəне 6 немесе 7 жəне 8 жұптарының бірі болуы керек. 2. Глюкоза мен маннозаның екеуі де азот қышқылымен оптикалық белсенді альдон қышқылындарына дейін тотығады. Қанттардың 1 жəне 7 альдон қышқылдары оптикалық белсенді емес, себебі олардың əрқайсысының симметрия жазықтығы бар. (Симметрия жазықтығы бар қосылыс ахиралды, яғни оның айнадағы көрінісі болады, 6.10-бөлімді қараңыздар). 1 жəне 7 қанттарда өзгешелеу, (+)-глюкоза мен (+)-манноза 3 жəне 4 немесе 5 жəне 6 қанттар жұбы болуы керек. егер (+)-глюкоза мен (+)-манноза 3 жəне 4 қанттар жұбы болса (-)-арабиноза құрылысы егер (+)-глюкоза мен (+)-манноза 5 жəне 6 қанттар жұбы болса (-)-арабиноза құрылысы 3. (+)-Глюкоза мен (+)-манноза Килляни-Фишер синтезі бойынша арабинозадан алынатын өнімдер болғандықтан, Фишер егер (-)-арабинозаның құрылысы (+)-глюкоза мен (+)-маннозаның төменгі сол жақта көрсетілген 3 жəне 4 204

205 қант жұптары. Екінші жағынан егер (-)-арабиноза (+)-глюкоза мен (+)-маннозаның төменгі оң жақта көрсетілген құрылымды болса, онда олар 3 жəне 4 қант жұптары. 4. Енді тек (+)-глюкоза 3 немесе 4 қант екендігін анықтау керек. Бұл сұраққа жауап беру үшін Фишер альдогексоздардың альдегид жəне біріншілік спирт топтарының орнын ауыстырудың химиялық əдісін жасады. (+)-Глюкоза сияқты белгілі қанттардағы аталған топтардың орнын химиялық əдістермен ауыстырғанда ол (+)-глюкозадан өзгешеленетін альдогексоздар алады. Ол (+)-маннозаның альдегид жəне біріншілік спирт топтарының орнын химиялық əдістермен ауыстырғанда (+)-маннозаны қайтадан алған. Осыдан ол (+)-глюкоза 3 қант деген қорытынды жасайды, себебі олардың альдегид жəне біріншілік спирт топтарынының орнын ауыстырғанда басқа қант L-гулоза алынады. альдегид жəне біріншілік спирт топтарынының орнын ауыстыру Егер (+)-глюкоза 3 қант болса, (+)- манноза 4 қант болуы керек. Алдын-ала болжанғандай қанттың альдегидтік жəне біріншілік спирттік топтарының орнын ауыстырса сол қант қайтадан алынады. Осындай ұстанымды пайдалана отырып Фишер басқа альдогексоздардың стереохимиясын анықтауды жалғастырды жылы ол осы жетістіктері үшін химия саласы бойынша Нобель сыйлығын алған. Оның ерекше жорамалы (+)- глюкоза D-қант екендігі оның құрылысының дұрыстығын көрсетеді. Егер ол (+)- глюкоза сияқты L-қанты болмаса да, оның альдоздар стереохимиясына қосқан үлесі стереохимиядағы барлық мəселелерді шешуде маңызды болды. 205

206 Ө М І Р Б А Я Н Эмиль Фишер ( ) Германияда Кельн қаласының маңындағы ауылда дүниеге келген. Ол алдыңғы қатарлы саудагер болған жəне жанұялық бизнесті жалғастыруын қалаған өз əкесінің еркінен тыс химик болады. Фишер Эрлангена, Вюрцбург жəне Берлин университеттерінде химия профессоры болады жəне 1902 жылы көмірсуларды зерттеу жұмыстары үшін Нобель сыйлығын иеленеді. Ол бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде Неміс химия өндірісін ұйымдастырады. Оның үш ұлының екеуі сол соғыс кезінде қайтыс болады. ГЛЮКОЗА / ДЕКСТРОЗА Андре Дюма алғаш рет глюкоза терминін 1838 жылы бал мен жүзімнен алынатын тəтті дəмді қосылысты атауда қолданған. Кейін Кекуле (7.1-бөлім) ол оңға бұратын қосылыс болғандықтан декстроза деп аталуы керек деген. Фишер қанттарды зерттеген кезде оны глюкоза деп атайды жəне əлі күнге дейін кейбір этикеткаларда декстроза деп жазылса да химиктер сол кезден бастап глюкоза деп атайды. Жан-Батист-Андре Дюма ( ), Францияда дүниеге келген, дəріханашының шəкірті болған, бұл қызметін кейін тастап, Щвейцарияда химиядан білім алады. Ол Париж Университетінде Де Франс колледжінде химия профессоры болады жəне зертханалық курстарды оқытқан алғашқы француз химигі жылы Дюма ғылымды тастап саяси карьераға ауысады. Ол француз монеталық дворының мастері, сенатор жəне Париж қаласының мэрі болған МОНОСАХАРИДТЕРДІҢ САҚИНАЛЫ ЖАРТЫЛАЙ АЦЕТАЛЬДАР ТҮЗУІ D-глюкоза үш түрлі формада болады: біз талдаған ашық тізбекті форма (15.1- кесте) мен сақиналы екі α-d-глюкоза жəне β-d-глюкоза формалар. Біз сақиналы екі форманың əр түрлі болатындығын білеміз, себебі олардың балқу температуралары мен айналу бұрыштары əр түрлі (6.8-бөлім). D-глюкоза сақиналы формада қалай болады? Біз 12.9-бөлімде альдегидтер спирттердің эквивалентті мөлшерімен əрекеттесіп жартылай ацетальдар түзетіндігін көрдік. D-глюкоза сияқты моносахаридтерде бір альдегидті топ жəне бірнеше гидроксил топтары бар. Глюкозаның С-5 атомындағы гидроксил тобы альдегидтік топпен əрекеттесіп, нəтижесінде жартылай ацетальді сақиналы екі форма (алты мүшелі сақина) түзіледі. Альдегид тобын шабуылдау үшін ОН тобының С-5 атомының оң жағында дұрыс орналасқанын көру үшін біз D-глюкозаның Фишер проекциясын жазық сақиналы құрылымға ауыстыруымыз керек. Бұлай жасау үшін біріншілік спирттік топ сол жақтағы көміртегінен жоғары жағында болуы керек. Фишер проекциясы- 206

207 ның оң жағындағы топтар сақиналы құрылымның төменгі жағында, ал Фишер проекциясының сол жағындағы топтар сақиналы құрылымның жоғарғы жағында орналасқан. Не себепті сақиналы екі форма əртүрлі болады? Екі түрлі жартылайацетальдің түзілу себебі, ашық тізбектегі альдегидтің карбонил тобы сақи- Фишер проекциясындағы оң жақтағы топ жазық сақиналы құрылымның төменгі налы жартылай ацетальда жаңа асимметриялық орталық болады. Егер жаңа жағында орналасқан. асимметриялық орталықпен байланысқан ОН тобы (С-1) төменгі жағында жақтағы топ жазық сақиналы Фишер проекциясындағы сол орналасса, онда түзілген жартылай құрылымның жоғарғы ацеталь α-d-глюкоза; егер ОН тобы жағында орналасқан. жоғарғы жағында орналасса, жартылай ацеталь β-d-глюкоза. Сақиналы жартылай ацетальдің түзілу механизмі альдегид пен спирт молекуласының арасындағы жартылай ацетальдің түзілу механизміне ұқсас (12.9-бөлім). фильм: моносахаридтердің циклденуі α-d-глюкоза мен β-d-глюкоза бірбіріне аномерлер. Аномерлер дегеніміз ашық тізбекті формасында карбонилді 207

208 көміртегі болған көміртегінің конфигурациясы бойынша өзгешеленетін қанттар. Мұндай көміртегі аномерлі көміртегі деп аталады. α- жəне β- префикстері аномерлі көміртегінің конфигурациясын көрсетеді. Аномерлер эпимерлер сияқты тек бір көміртегінің конфигурациясы бойынша өзгешеленеді. Аномерлі көміртегі молекуладағы екі оттегі атомымен байланысқан жалғыз көміртегі атомы екендігіне назар аударыңыздар. Ашық тізбекті альдегидтер сулы ерітіндіде екі сақиналы жартылай ацетальді формалардың тепе-теңдік күйінде болады. Бірақ, сақиналы жартылай ацетальдар толық түзілетіндіктен глюкозаның ашық тізбекті формасы өте аз болады (0,02%). Əйтсе де қанттар аз мөлшерде болатын ашық тізбекті формасымен де алдыңғы бөлімде қарастырылған реакцияларға түседі. Ашық тізбекті альдегидтер реакцияласқанда тепе-теңдік ашық тізбекті альдегидке қарай ығысады да содан кейін реакцияға түседі. Соңында глюкозаның барлық молекуласы ашық тізбекті альдегид түрінде реакцияға қатысады. α-d-глюкозаның таза кристалдары суда ерігенде меншікті айналу 112,2-52,7-ге дейін өзгереді. Ал β-d-глюкоза суда ерігенде меншікті айналу 18,7-52,7 ге дейін өзгереді. Айналу кезіндегі мұндай өзгеру суда жартылай ацеталь ашылып альдегид түзілуі мен қайта циклденіп α- D-глюкоза мен β-d-глюкозаның түзілуінен болады. Соңында глюкозаның үш формасы тепе-теңдік концетрацияға жетеді. Тепе-теңдіктегі қоспаның меншікті айналуы 52,7 тең болады. Сондықтан алғашқыда суда еріген α-d-глюкоза мен β-d-глюкоза пиран кристалдарының меншікті айналуы дəл осындай нəтижелер береді. Оптикалық айналудың тепе-теңдік мəнге дейін ақырындап өзгеруі мутаратация деп аталады. Егер альдозалар бес немесе алты мүшелі сақина түзетін болса, олар ерітіндіде негізінен сақиналы жартылай ацеталь түрінде болады. D-рибоза бес мүшелі сақиналы жартылай ацеталь: α-dрибоза жəне β-d-рибоза түзетін альдозға мысал бола алады. фуран D-рибоза D-рибоза α-d-рибоза β-d-рибоза Алты мүшелі қанттар сақинасы пираноза, ал бес мүшелі қанттар сақинасы фураноза деп аталады. Бұл пиран жəне фуран атаулары оң жақта көрсетілген бес жəне алты мүшелі сақиналы эфирлердің атауына сəйкес келеді. Осыған байланысты D-глюкозаны α-d-глюкопираноза жəне β-d-глюкопираноза, ал D- рибозаны α-d-рибофураноза жəне β-d-рибофураноза деп атайды. α-префиксі аномерлі көміртегінің конфигурациясын жəне «пираноза» немесе «фураноза» сөзі сақинаның шамасын көрсетеді. 208

209 α-d-глюкоза α-d-глюкопираноза β-d-рибоза β-d-рибофураноза Кетоздар да ерітіндіде көбінесе сақиналы формада кездеседі. Мысалы, D- фруктоза С-5-тегі ОН тобының кетонның карбонил тобымен əрекеттесуінен бес мүшелі сақиналы жартылайкеталь түзеді (12.9-бөлім). Егер жаңа асимметриялық орталықпен (С-2) байланысқан ОН тобы жартылай кеталь жазықтығының төменгі жағында орналасса, α-d-фруктоза; егер ОН тобы жартылай кеталь жазықтығының жағында орналасса, β-d-фруктоза деп аталады. Жазық формада көрсету ыңғайлы, себебі олар сақинадағы ОН топтарының цис- немесе транс- конфигурациясын анық көрсетеді. Бес мүшелі сақиналар фураноза планарлық құрылымдармен дəл көрсетілгендей жазық болады. Бірақ та жазық құрылымдар пиранозалық құрылымға жарамайды, себебі алты мүшелі сақиналар жазық емес, олар көп мөлшерде кресло конформацияда кездеседі (3.10-бөлім). 3D молекула: α-d-глюкопираноза; β-d-глюкопираноза; 13-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ 4-Гидроксиальдегидтер мен 5-гидроксиальдегидтер көбінесе сақиналы жартылай ацетальді формада кездеседі. Келесі қосылыстардан түзілетін сақиналы жартылай ацетальді құрылымдарды жазыңыздар: а. 4-гидроксибутаналь ə. 5-гидроксибутаналь 209

210 13а-шешімі Молекуланың бір жағына спирттік жəне карбонилді топтардың əрекеттесуін көрсетеміз. Нəтижесінде түзілетін сақинаның шамасына қараңыздар. Екі сақиналы өнім алынады, себебі реагенттің карбонилді көміртегі өнімдегі жаңа асимметриялық орталыққа өзгереді ГЛЮКОЗА БІРШАМА ТҰРАҚТЫ АЛЬДОГЕКСОЗ D-глюкозаны кресло конформацияда сызу оның не себепті табиғатта көп таралған альдогексоз екендігін көрсетеді. D-глюкозаның жазық құрылымын кресло конформацияға өзгерту үшін орындықтың арқасын сол жаққа жəне аяғын оң жаққа қарай созыңыздар. Содан кейін оттегі атомын сақинаның оң жақ бұрышына жəне біріншілік спирттік топты экваториалдық жағдайда орналастырыңыздар. Біріншілік спирттік топ ең үлкен орынбасар жəне кеңістіктік кедергі аз болатындықтан үлкен орынбасарлар экваториалдық жағдайда біршама тұрақты болады (3.11-бөлім). С-4 көміртегімен байланысқан ОН тобы біріншілік спирттік топтар үшін транс жағдайда болады (бұған алты мүшелі жазық сақина түрінде оңай көз жеткізуге болады), сондай-ақ С-4 көміртегіндегі ОН тобы экваториалдық жағдайда орналасады. (3.12-бөлімнен 1,2-диэкваториалдық орынбасарлар бір-біріне қатысты транс жағдайда орналасатындығын естеріңізге саламыз). С-3-тегі ОН тобы С-4-тегі ОН тобына қатысты транс жағдайда, яғни С-3-тегі ОН тобы экваториалды орналасқан. β-d-глюкоза сақинасындағы барлық ОН топтарының экваториалды жағдайда орналасқанын көресіздер. Тігінен орналасқан аз орынды қажет ететін Н атомдары кеңістіктік кернеуге көп ұшырамайды. Ешбір альдогексоздар конформациясыз мұндай деформацияға ұшырамайды. Бұл β-d-глюкозаның басқа барлық D- альдогексоздарға қарағанда біршама тұрақты екендігін көрсетеді. Сондықтан біз D- глюкозаның табиғатта кең таралған альдогексоз екендігіне таң қалмауымыз керек. 210

211 Кресло конформация не себепті сулы ерітіндіде β-d-глюкоза α-d-глюкозаға қарағанда көп болатындығын көрсетеді. Аномерлі көміртегімен байланысқан ОН тобы β-d-глюкозада экваториалды жағдайда, ал α-d-глюкозада аксиалды жағдайда орналасады. Сондықтан сулы ерітіндіде тепе-теңдік орнағанда β-d-глюкоза α-d-глюкозаға қарағанда біршама тұрақты болады. α-жағдайда орынбасарлар жазықтықта төмен қарай орналасады жəне аксиалды кресло конформацияда болады. β-жағдайда орынбасарлар жазықтықта жоғары қарай орналасады жəне экваториалдық кресло конформацияда болады. Егер D-глюкозаның барлық ОН топтары экваториалдық жағдайда болатындығы естеріңізде болса, сіздер басқа пиранозаны кресло конформацияда сыза аласыздар. Мысалы, егер α-d-галактозаны сызғыларыңыз келсе, ондағы С-4 211

212 (галактоза глюкозаға С-4 эпимері) жəне С-1-дегі (αаномер) ОН тобынан басқа барлық ОН топтарын экваториалды орналастырасыздар. Сіздер бұл екі ОН топтарын аксиалды орналастырасыздар. 3D молекула: α-d-галактоза; β-d-гулоза; β-l-гулоза 14-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Келесі қосылыстардың қайсысындағы ОН тобы аксиалды орналасқан? а. β-d-маннопираноза ə. β-d-идопираноза б. β-d-аллопираноза 14а-шешімі β-d-глюкозадағы барлық ОН топтары экваториалды орналасқан. β-dманноза β-d-глюкозаға С-2 эпимер, тек β-d-маннозадағы С-2 ОН тобы аксиалды орналасқан ГЛИКОЗИДТЕРДІҢ ТҮЗІЛУІ Жартылай ацетальдар (немесе жартылай кеталь) спирттермен əрекеттесіп ацеталь (немесе кеталь) түзеді (12.9-бөлім), моносахаридтерден түзілетін сақиналы жартылай ацетальдар да (немесе жартылай кеталь) спирттермен əрекеттесіп ацеталь (немесе кеталь) түзеді. Қанттардың ацеталі немесе кеталі гликозид деп аталады, ал аномерлі көміртегі мен алкоксилді оттегі арасындағы байланыс гликозидтік байланыс деп аталады. Гликозидтер көмірсулардың атауының соңындағы «а» əріпі «ид» жалғауына ауыстырылып аталады. Осылайша, глюкоза гликозиді глюкозид, галактоза гликозиді галактозид жəне т.б. аталады. Егер пираноза немесе фураноза атаулары қолданылса ацеталь (немесе кеталь) пиранозид немесе фуранозид деп аталады. 212

213 гликозидтік байланыс Бір аномердің спиртпен əрекеттесіп α- жəне β-гликозидтер түзілетіндігіне назар аударыңыздар. Реакция механизмі неліктен екі гликозидтердің түзілетіндігін көрсетеді. аномерлі көміртегімен байланысқан ОН тобы қышқылды ерітіндіде протонданады. 213

214 сақинадағы оттегінің жалғыз жұп электроны су молекуласының бөлінуіне көмектеседі. Аномерлі көміртегі қайтадан sp 2 гибридтеліп молекуланың бір бөлігі жазық болады (6.13-бөлім). Спирт жазықтықтың жоғарғы жағынан келсе β- гликозид, ал төменгі жағынан келсе α-гликозид түзіледі. Рекация механизмінің 12.9-бөлімдегі ацетальдің түзілу механизміне ұқсас екендігіне назар аударыңыздар. оқулық: Гликозидті байланыстарды анықтау жəне пиранозалы жəне фуранозалы сақиналарды нөмірлеу ТОТЫҚСЫЗДАНАТЫН ЖƏНЕ ТОТЫҚСЫЗДАНБАЙТЫН ҚАНТТАР Ацетальдардің (кетальдардың) гликозидтерінің альдегидті ашық тізбекті формасы сулы ерітіндіде тепе-теңдік күйде болмайды. Карбонилді тобы бар қосылыстар тепе-теңдікте болмаса Br 2 -мен тотықпайды. Гликозидтер тотықсызданбайтын қанттарға жатады жəне Br 2 -мен тотықпайды. Бұған керісінше жартылай ацеталь (немесе жартылай кеталь) ашық тізбекті қанттармен сулы ерітіндіде тепетеңдік күйде болады. Сондықтан олар Br 2 - мен тотығады. Осылайша құрамында альдегид, кетон, жартылай ацеталь немесе жартылай кеталь тобы бар қанттар тотығуға қабілетті болады, сондықтан олар тотықсызданатын қанттарға жатады. Ал мұндай топтары жоқ қанттар тотықсызданбайтын қанттарға жатады. 15-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Құрамында альдегид, кетон, жартылай ацеталь немесе жартылай кеталь тобы бар қанттар тотықсызданатын қанттар, ал мұндай топтары жоқ қанттар тотықсызданбайтын қанттарға жатады Келесі берілген қосылыстарды атап тотықсызданатын немесе тотықсызданбайтын қанттарға жататындығын анықтаңыздар: а. ə. 15 а ОРЫНДАУ ЖОЛЫ C-3-тегі ОН тобы жалғыз аксиалды орналасқан топ. Сондықтан бұл қант D-глюкозаның С-3 эпимері болатын D-аллоза. Аномерлі көміртегіндегі орынбасар β-жағдайда орналасқан. Сонымен бұл қант пропил-d-аллозид немесе пропил-d-аллопиранозид болады. Жəне бұл қант ацеталь болғандықтан тотықсызданбайтын қантқа жатады. 214

215 15.13 ДИСАХАРИДТЕР Егер моносахаридтердің ацеталінің жартылай ацетальді тобы екінші моносахаридтің спирттік тобымен реакциясынан түзілетін гликозид дисахарид болады. Дисахаридтер өзара гликозидтік байланыспен қосылған екі моносахаридтен құралған қосылыстар. Мысалы, мальтоза крахмал гидролизі нəтижесінде түзілетін дисахарид. Ол өзара байланысқан екі D-глюкоза қалдығынан тұрады. Бұл гликозидтік байланыс бірінші моносахаридтің С-1 байланысы мен екінші моносахаридтің С-4 байланысы арқылы қосылғандықтан 1,4-гликозидтік байланыс деп аталады жəне аномерлі көміртегімен байланысқан оттегі α-жағдайда орналасады. «Негізгі» индекс С-4-тің С-1 сияқты сол сақинада орналаспайтындығын көрсетеді. α-жағдайдың аксиалды жəне β-жағдай экваториалды орналасуы кресло конформацияда болатындығын есте сақтаңыздар. Мальтоза құрылымы ацеталь емес аномерлі көміртегінің конфигурациясын анықтамайтындығын атап өтейік (аномерлі көміртегі толқынды сызығы бар оң жақтағы бөлігі). Өйткені мальтоза α- жəне β-формада болады. α-мальтозадағы аномерлі көміртегімен байланысқан ОН тобы аксиалды, ал β-мальтозада экваториалды орналасқан. Целлобиоза целлюлоза гидролизінің нəтижесінде алынатын екі D-глюкоза қалдығынан тұратын дисахарид. Целлобиоза мальтозадан өзара β-1,4-гликозидтік байланыспен қосылған глюкоза қалдықтарымен өзгешеленеді. Мальтоза сияқты целлобиоза да α жəне β-формада болады, себебі аномерлі көміртегімен байланысқан ОН тобы ацеталь түзуге қатыспайды жəне аксиалды (α-целлобиоза) немесе экваториалды жағдайда (β-целлобиоза) орналасады. 215

216 Лактоза сүттің құрамында кездесетін дисахарид. Ол сиыр сүтінің 4,5% жəне ана сүтінің 6,5% құрайды. Лактозаның бір бөлігі D-галактозадан, ал екінші бөлігі 3D молекула: мальтоза; D-глюкозадан тұрады. D-галактоза ацетальді жəне D- целлобиоза; лактоза глюкоза жартылай ацетальді бөлігі. Бұл екі моносахарид қалдықтары өзара β-1,4-гликозидтік байланыс арқылы қосылған. ЛАКТОЗАНЫҢ ҚОРЫТЫЛМАУЫ Лактаза лактозаның β-1,4-гликозидтік байланысын бұзатын фермент. Мысықтар мен иттер есейгенде ішектегі лактаза ферменті жойылады; яғни олар өздерінің лактозаны қорыту қабілетін жояды. Оларды сүтпен немесе сүт өнімдерімен қоректендіргенде лактоза қорытылмайды да, іш кебуі, іші ауыруы жəне іші өтуі сияқты ас қорытуда қиындықтар пайда болады. Мұндай жағдайлар моносахаридтер қан айналымына өткенде пайда болады. Себебі лактоза қорытылмаған күйінде тоқ ішекке түсуі керек. Адамдарда асқазаны немесе іші ауырғанда олар уақытша лактазаны жоғалтады да, лактоза қорытылмайды. Кейбір адамдардың жасы ұлғайған сайын лактаза жойылады. Лактазаның қорытылмауы сүт өнімдерін өндірмейтін елдердегі адамдарда жиі байқалады. Мысалы, даттықтарда 90% қытайлықтар мен 97% тайлықтармен салыстырғанда лактозаның тек 3% ғана қорытылмайды. Сондықтан да қытайлықтардың тағам түрлерінен сіздер сүт өнімдерін кездестірмейсіздер. 216

217 ГАЛАКТОЗЕМИЯ Лактоза глюкоза мен галактозаға ыдырағаннан кейін галактоза жасушада қолданылуы үшін глюкозаға ауысуы керек. Галактозаны глюкозаға ауыстыратын ферменттері жоқ адамдар галактоземия деп аталатын ауруға шалдығады. Бұл фермент болмаса галактоза қанда жинақталады. Оның нəтижесінде адамдар ақыл кемістігіне шалдығады жəне тіпті жаңа туылған сəбилердің өліміне де əкеледі. Галактоземияны емдеу үшін галактозаны тамақ рационынан алып тастайды. Біршама көп таралған дисахарид сахароза асханалық қант деген атпен белгілі. Оны қант қызылшасы мен қант қамысынан алады. Сахароза глюкозаның С-1 байланысы мен (α-жағдай) D-глюкоза мен D-фруктозаның С-2 байланыстары (β-жағдай) арқылы қосылған қалдықтарынан тұрады. Жыл сайын əлемде 90 млн тонна сахароза өндіріледі. Сахарозаның меншікті айналу бұрышы болады. Ол гидролизге ұшырағанда 1:1 қатынаста түзілетін глюкоза мен фруктоза қоспасының меншікті айналу бұрышы болады. Сахарозаның гидолизі нəтижесінде 1:1 қатынаста түзілетін глюкоза мен фруктоза қоспасының айналу бұрышының мəні өзгеретіндіктен, инверсиялық қант деп аталады. Сахароза гидролизін катализдейтін фермент инвертаза деп аталады. Бал араларында инвертаза ферменті бар, сондықтан олардың балы сахароза, глюкоза жəне фруктоза қоспаларынан тұрады. Себебі фруктоза сахарозадан тəтті, инверсиялы қант та сахарозадан тəтті. Кейбір тағамдар құрамында сахарозаның орнына фруктоза бар деп жарнамаланады, бұл қажетті қант деңгейінің мөлшерін төменгі калориялы қантпен толтыруға болады дегенді білдіреді. 3D молекула: сахароза ПОЛИСАХАРИДТЕР Полисахаридтер гликозидтік байланыстар арқылы қосылған он жəне бірнеше мыңдаған моносахаридтердің қалдықтарынан тұрады. Кең таралған полисахаридтерге крахмал мен целлюлоза жатады. Крахмал ұн, картоп, күріш, бұршақ, 217

218 жүгері жəне үрме бұршақтардың негізгі құрам бөлігі. Крахмал екі түрлі полисахарид қоспасы: амилоза (20%) жəне амилопектиннен (80%) тұрады. Амилоза молекуласы өзара α-1,4 1 -гликозидтік байланыстармен қосылған D-глюкоза қалдықтарынан құралған. Амилопектин тармақталған полисахарид. Ол да амилоза сияқты α-1,4 1 - гликозидтік байланыстармен қосылған D-глюкоза қалдықтарынан тұрады. Амилозадан өзгешелігі амилопектинде бұл байланыспен қатар α-1,6 1 -гликозидтік байланыстар бар. Бұл байланыстар полисахаридтердің тармақталатын бөліктерін құрайды (15.1-сурет). 218

219 15.1-сурет Амилопектиннің тармақталуы. Алты бұрыш глюкоза қалдықтары. Олар өзара α-1,4 1 - жəне α-1,6 1 -гликозидтік байланыстармен қосылған. Тірі жасушалар D-глюкозаны оларды энергиямен қамтамасыз ететін үрдістердің бірінші сатысында тотықтырады (18.4-бөлім). Жануарлар организмінде D-глюкоза энергия алуға қажетті мөлшерден артық болса, олар D-глюкозаның артық мөлшерін гликоген деген полимерге өзгертеді. Гликогеннің құрылысы амилопектинге ұқсас, бірақ гликогеннің тармақталған буындары көп (15.2-сурет). Гликогендегі тармақталудың көп болуының физиологиялық маңызы бар. Жануарлар энергияны қажет еткенде, глюкозаның жеке бөліктері бір уақытта басқа бөліктерінің соңынан бөлініп отырады. Өсімдіктердегі D-глюкозаның артық мөлшері крахмалға өзгеріп отырады. амилопектин гликоген 15.2-сурет Амилопектин мен гликогеннің тармақталуын салыстыру 219

220 Целлюлоза жоғарғы өсімдіктердің негізін құрастырушы материал. Мысалы, мақта 90% жəне ағаш 50% целлюлозадан тұрады. Амилоза сияқты целлюлоза да тармақталмаған D-глюкоза қалдықтарынан құралған. Амилозадан өзгешелігі целлюлозадағы D-глюкоза қалдықтары α-1,4 1 -гликозидтік байланыстардың орнына β-1,4 1 -гликозидтік байланыстармен қосылған. Барлық ұсақ қоректілерде глюкоза қалдықтарын амилозаға, амилопектинге жəне гликогенге біріктіретін α-1,4 1 -гликозидтік байланыстарды гидролиздейтін фермент (α-глюкозидаза) болады. Бірақ оларда β-1,4 1 -гликозидтік байланыстарды гидролиздейтін фермент (β-глюкозидаза) болмайды. Нəтижесінде ұсақ қоректілер қажетті глюкоза мөлшерін тағамға клечатканы пайдаланғанда ала алмайды. Əйтсе де шөппен қоректенетін жануарлардың ас қорыту жолында β-глюкозидаза ферменті бар бактериялар болады. Сондықтан сиырлар шөптерді жей алады, ал жылқы малы болса шөпті өзінің қажетті глюкоза мөлшеріне деген қажеттілігін қанағаттандыру үшін жейді. Орманда целлюлозамен қоректенетін термиттерде де оны ыдырататын бактериялар болады. Крахмал мен целлюлозадағы əртүрлі гликозидтік байланыстардан олардың физикалық қасиеттері де əртүрлі болады. Крахмалдағы α-байланыстар амилозаның құрамындағы ОН топтарының су молекуласымен молекулаішілік сутектік байланыстардың түзілуінен орамдалуына əкеледі (15.3-сурет). Осының нəтижесінде крахмал суда жақсы ериді сурет Амилозадағы α-1,4 1 -гликозидтік байланыстардан орамдар түзіледі. Оның көптеген ОН топтары су молекуласымен сутектік байланыстар түзеді. 220

221 Өсімдік клечаткасындағы целлюлоза жіпшелері 15.4-сурет Целлюлозадағы β-1,4 1 -гликозидтік байланыстардан молекулааралық сутектік байланыстар түзіліп, молекула сызық бойымен қатарласып орналасады. Екінші жағынан целлюлозадағы β-байланыстар молекула ішілік сутектік байланыстар түзуге қабілетті. Нəтижесінде бұл молекулалар сызық бойымен қатарласып орналасады (15.4-сурет) жəне екі тізбек өзара сутектік байланыстармен бірге ұсталады. Целлюлозаның осындай ірі агрегаттары оның суда еруіне ықпал етеді. Осы түйіндердің полимерлі тізбектеріндегі күштері целлюлозаның мықты құрылыс материалы болуына көмектеседі. Өңделген целлюлоза, сондай-ақ целлофан жəне қағаз өндірісінде қолданылады. Хитин құрылысы целлюлозаға ұқсас полисахарид. Ол шаянтəрізділер (мысалы, шаян, краб, креветка) мен экзоқаңқалы насекомдармен басқа да көп аяқты насекомдардың сыртқы қабығының негізгі құрам бөлігі. Целлюлозаға ұқсас хитинде де β-1,4 1 -гликозидтік байланыстар бар. Целлюлозадан айырмашылығы С-2 жағдайда ОН тобының орнында N-ацетиламин топтары бар. Хитиндегі β-1,4 1 - гликозидтік байланыстар оған құрылымдық қаттылық береді. 221

222 Австралиядағы ашық қызғылт-сары түсті крабтың сыртқы қабығы, негізінен хитиннен тұрады. НЕ СЕБЕПТІ ТІС ДƏРІГЕРІНІКІ ДҰРЫС? Ауыз қуысында болатын бактериялар сахарозаны полисахаридке өзгертетін декстран деп аталатын фермент. Декстран негізінен α-1,3 1 жəне α-1,6 1 - гликозидтік байланыстармен қосылған глюкоза қалдықтарынан құралған. Тістің сарғаюының 10% декстраннан тұрады. Бұл химиялық процестің алдын алу үшін тіс дəрігері сіздерге конфет жемеуді ескертеді. БҮРГЕЛЕРДІ БАҚЫЛАУ Үй жануарларын ұстайтын адамдарға бүргелерді бақылауда көмек болу үшін бірнеше түрлі препараттар шығарған. Осындай белсенді препараттардың бірі Луфенурон. Луфенурон бүргелердегі хитиннің түзілуін тежейді. Нəтижесінде бүргелердің экоқаңқалары негізінен хитиннен тұратындықтан олар ары қарай өсіп жетілмей жойылады. 222

223 16-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың құрылысындағы басты айырмашылық қандай? а. амилоза мен целлюлоза ə. амилоза мен амилопектин б. амилопектин мен гликоген в. целлюлоза мен хитин КӨМІРСУЛАРДАН АЛЫНАТЫН КЕЙБІР ТАБИҒИ ӨНІМДЕР Дезокси қанттар құрамындағы бір ОН тобы сутегіне алмасқан қанттар (дезокси сөзі «оттексіз» дегенді білдіреді). 2-дезоксирибоза дезокси қанттарға мысал бола алады. Оның С-2 жағдайында оттегі атомы жоқ. D-рибоза рибонуклеин қышқылының (РНҚ) компоненті болатын қант. Ал 2-дезоксирибоза дезоксирибонуклеин қышқылының (ДНҚ) компоненті болатын қант (20.1-бөлім). ГЕПАРИН Гепарин тамыр қабырғаларындағы жасушалардан табылған полисахарид. Тамыр зақымдан кезде қан түйіршіктері пайда болмас үшін ол бөлініп шығады. Гепарин қанның ұюына қарсы препарат ретінде клиникада кеңінен қолданылады. 223

224 гепарин Амин қанттарынының құрамындағы бір ОН тобы амин тобына алмастырылған болады. N-ацетилглюкозамин амин қантына мысал бола алатын хитиннің бір бөлігі (15.14-бөлім). Кейбір маңызды антибиотиктердің құрамында амин қанттары болады. Мысалы, гентамицин антибиотигінің үш бөлігі дезокси амин қанты. Ортаңғы бөлігінде оттегі сақинасының жоқ екендігіне, яғни мұның қант емес екендігіне назар аударыңыздар. гентамицин антибиотик L-Аскорбин қышқылы (С дəрумені) өсімдіктер мен көптеген омыртқалылардың бауырында D-глюкозадан синтезделеді. Адамдар, маймылдар жəне теңіз шошқаларында С дəруменінің биосинтезіне қажетті ферменттер жоқ. Сондықтан бұл дəрумен олардың тамақ рационында болу керек. Аскорбин қышқылының L-конфигурациясы глюкозадағы С-2 болған С-5 конфигурациясы. 3D молекула: гентамицин 224

225 L-Аскорбин қышқылында карбоксил тобы жоқ болса да ол қышқыл класына жатады. Себебі оның С-3-тегі ОН тобының рк а мəні 4,14-ге тең. L-Аскорбин қышқылы жеңіл тотығады. Тотығу нəтижесінде сутегі атомын жоғалтып, физиологиялық белсенді болатын L-дегидроаскорбин қышқылына айналады. Егер бес мүшелі сақина гидролиз нəтижесінде ашылса, С дəруменінің белсенділігі жойылады. Сондықтан С дəрумені дайындалған тағамдардың көпшілігінде өзгермеген күйінде сақталады. Егер тамақты суда дайындап соңынан суды төгіп тастаса, дəрумен суда еріп сумен бірге төгіледі. С ДƏРУМЕНІ С дəруменінің радикалдардағы тотығу реакциясын болдырмайтындықтан тотығуға қарсы əсері бар. С дəрумені сулы ортадағы радикалдардың зиянды тотығу реакцияларының əсерінен пайда болған радикалдарды ұстағыш (5.17-бөлім). С дəруменінің физиологиялық қызметі толық ашылмаған. Бірақ біз С дəруменін терінің, сіңірдің құрылымдық ақуызы жəне сүйектің біріктіруші ұлпасы коллагеннің синтезіне қажет екендігін білеміз. С дəрумені цитрустар мен қызанақта көп мөлшерде кездеседі. Бірақ егер ол тағам рационында болмаса тері зақымданып, тіс иектері қанап, тері астындағы тамырлар зақымданады жəне кез келген жара баяу жазылады. С дəруменінің жетіспеушілігінен болатын жəне диетаны реттеу арқылы емдеуге алынған алғашқы ауру түрі цинга деген атпен белгілі жылдары теңізге шыққан британдық теңізшілер осы ауруды болдырмас үшін лайманы жеуге міндетті болған (оларды лаймалықтар деп атаған). Латын тілінен аударғанда «цинга» аскорбин, яғни цинга жоқ дегенді білдіреді ЖАСУШАНЫҢ БЕТКІ ҚАБАТЫНДАҒЫ КӨМІРСУЛАР Көптеген жасушалардың беткі қабатында жасушаға басқа жасушалармен əрекеттесуге жəне вирустар мен бактериялардың өтуін анықтауға мүмкіндік беретін қысқа тізбекті олигосахаридтер болады. Бұл олигосахаридтер жасуша мембранасы ақуызының ОН немесе NH 2 -тобының сақиналы қанттың аномерлі көміртегімен реакцияласуы нəтижесінде жасушаның беткі қабатымен байланысады. Олигосахаридтерге қосылған ақуыздар гликопротеиндер деп аталады. 225

226 Жасушаның беткі қабатындағы көмірсулар жасушалардың бірін-бірі тану жолдарын қамтамасыз етеді. Беткі қабаттағы көмірсулардың өзара əрекеттесуінің инфекция, инфекцияның алдын алу, ревматоидты артрит жəне септикалық шок сияқты қабыну аурулары мен қанның ұюы сияқты əртүрлі əрекеттерде маңызды рөл атқаратындығы анықталған. ВИЧ препараттары протеазасының ингибиторлары үшін, мысалы, ВИЧ-тың алдын алу үшін жасуша бетіндегі олигосахаридтерге енгізіп ары қарай өтуін қадағалайды. Құрамында амин қанттары бар (15.15-бөлім) бірнеше белгілі антибиотиктер жасуша-нысананы көздеп əрекет етеді. Көмірсулар сондай-ақ жасушаның өсуін реттеуге қатысады, сондықтан гликопротеин мембраналарындағы өзгерістер зиянды өзгерістердің пайда болуына сəйкес келеді. Қан топтарының айырмашылығы (А, Б жəне О), шындығында эритроциттердің бетіндегі байланысқан қанттардағы өзгешеліктерге байланысты. Қан топтарының əр түрі құрылымдары əртүрлі көмірсуларға байланысты (15.5-сурет). Қанның АБ тобы А жəне Б топтарының қоспасы. 226

227 А тобы N-ацетилгалактозамин D-галактоза N-ацетил-D-глюкозамин ПРОТЕИН L-фукоза Б тобы D-галактоза D-галактоза N-ацетил-D-глюкозамин ПРОТЕИН L-фукоза О тобы D-галактоза N-ацетил-D-глюкозамин ПРОТЕИН L-фукоза 15.5-сурет Қан тобы қызыл қан жасушаларының беткі қабатындағы қанттардың табиғатымен анықталады. Фукоза ол 6-дезоксигалактоза. Антиденелер дегеніміз ағзадағы бөгде заттарға жауап ретінде синтезделетін ақуыздар. Олар антигендер деп аталады. Олардың антиденелермен əрекеттесуі оны жылдамдатады немесе иммундық жүйе жасушасының жойылуы жайлы антиген белгі береді. Міне, сол себепті, мысалы, қан бір адамнан екінші адамға қан топтарының доноры мен акцепторлары сəйкес келмесе берілмейді. Керісінше жағдайда донорлық қан бөгде зат болып есептеледі жəне иммундық реакция пайда болады суретке қарасаңыздар, сіздер не себепті А тобындағы адамдардың иммундық жүйесі қанның Б тобын бөгде жəне керісінше деп танитындығы түсінікті болады. Қанның А, Б немесе АБ тобындағы адамдардың иммундық жүйесі О тобындағы қан түрін қабылдамайды деген сөз емес, себебі О тобындағы қанның құрамындағы көмірсулар А, Б жəне АБ қандарының да компоненті. Сонымен қаны О тобындағы кез келген адам əмбебап донор бола алады. Ал қандары АБ тобындағы адамдар АБ, А, Б жəне О тобындағы қандарды қабылдай алады, сондықтан олар əмбебап акцепторлар деп аталады. 17-ЖАТТЫҒУ 15.5-суретке қарап келесі сұрақтарға жауап беріңіздер: а. Қаны О тобындағы адамдар барлық адамдарға қан бере алады, бірақ олар басқаларынан қан ала алмайды. Олардың кімдерден қанды алуы мүмкін? ə. Қандары АБ тобындағы адамдар басқа топтардан қан алады, бірақ бəріне бірдей қан бере алмайды. Олар кімдерге қан бере алмайды? 227

228 15.17 СИНТЕТИКАЛЫҚ ТƏТТІ ДƏМДЕУІШТЕР Молекула тəтті дəмді сезуі үшін ол тіл жасушасындағы дəмдік рецептормен байланысу керек. Бұл молекуланың байланысуы дəмдік рецептордан миға жетіп молекула тəтті деп тану үшін жүйкелік импульс пайда болады. Қанттар өздерінің «тəттілік» дəрежелеріне байланысты бөлінеді. Тəттілік шамасы 1,00 деп есептелетін глюкозамен салыстырғанда сахарозаның тəттілік шамасы 1,45, ал фруктоза барлық басқа қанттардан да тəтті 1,65. Сүттің құрамында болатын қант лактозаның тəтілігі глюкоза тəттілігінің 1/6 бөлігін құрайды. Синтетикалық тəтті дəмдеуіштерді шығарушылар улылық, тұрақтылық жəне дəмдік қоспалардың экономикалық жағы сияқты бірнеше факторлар бойынша потенциалдық өнімдерді бағалауы керек. Сахарин (тəттілігі төмен) 1878 жылы Джон Хопкинс Университетінде Ира Ремсен мен оның шəкірті Константин Фахлберг кездейсоқ ашқан алғашқы синтетикалық тəтті дəмдеуіш. Фахлберг Ремсен зертханасында орта орынбасқан толуолдардың тотығуын зерттейді. Ол өзінің қайтадан синтездеген қосылысының бірінің дəмінің өте тəтті екендігін анықтайды. (Қазір бұл бір түрлі оғаш болып көрінуі мүмкін, бірақ сол кезде химиктер қосылыстарды сипаттау үшін олардың дəмін татып көрген). Бұл қосылысты ол сахарин деп атайды. Оның глюкозамен салыстырғанда 300 есе тəтті болатындығы анықталған. Өзінің атауына қарамастан сахариннің сахарид еместігіне назар аударыңыздар. Ө М І Р Б А Я Н Ира Ремсен ( ) Нью- Йоркте дүниеге келген. Колумбия университетінде МД атағын алғаннан кейін ол химик болуға шешім қабылдайды. Ол Германияда философия докторы атағын алып, 1872 жылы Уильямс колледжінде қызмет атқару үшін Америка Құрама Штаттарына қайтып оралады жылы жаңадан ашылған Джонс Хопкинс Университетінде химия профессоры атағын алады. Ол Құрама Штаттарда алғашқы болып химиялық зерттеулер орталығын ашуға себепкер болған. Кейіннен ол Джонс Хопкинс университетінің екінші президенті болады. СƏЙКЕСТІ ТƏУЛІКТІК ТҰТЫНУ FDA көптеген тағамдық ингредиенттерді пайдалану үшін олардың сəйкесті тəуліктік тұтынылуын (СТТ) жасаған. СТТ адамдарға күнделікті тұтынуға болатын зияны жоқ заттардың мөлшері. Мысалы, калий ацесульфамының СТТ мөлшері күніне 15 мг/кг. Бұл салмағы 132 фунт адам жасанды тəтті дəмдендірілген сусындардың екі галлондарынан табылатын калий ацесульфамын күнделікті пайдалануына болады дегенді білдіреді. Сондай-ақ сукралозаның күнделікті пайдаланылатын мөлшері де 15 мг/кг. 228

229 Сахариннің каллориясы аз болғандықтан сахарозаны алмастырушы ретінде 1885 жылдары саудаға түскен соң батыстағы тамақтанудағы басты мəселелердің бірі болды жəне əлі күнге дейін қантты шектен тыс көп пайдалану мен оның салдарынан болатын семіздік, жүрек жəне тіс аурулары да өзекті мəселелердің бірі болып келеді. Сахаринді сондай-ақ сахароза мен глюкозаны пайдалануға шектеу қойылған диабетпен ауыратын адамдарға пайдалануға болады. Сахариннің улылығы толық зерттелмесе де алғаш ол сатылымға түскендегі жан-жақты зерттеулер оның зиянды еместігін көрсеткен жылы АҚШ уақытша сахаринге оның зиянды болуы мен адамдар қанттың тағамдық құндылығын жоғалтуы мүмкін деп пайдалануға тыйым салынған. Дуклин екінші болып (1884 жылы) анықталған синтетикалық тəтті дəмдеуіш. Бірақ сахарин сияқты ащылау, темір татымаса да, ол ешқашанда көп сұранысқа ие болмаған жылы Дуклин улы болу қаупіне алаңдаушылыққа байланысты сатылымнан алынып тасталады. Натрий цикламаты 1950 жылдан бастап кеңінен қолданыла бастаған тағамдық емес тəтті дəмдеуіш. Бірақ 20 жылдан кейін Құрама Штаттарда көп мөлшердегі натрий цикломаты тышқандарға жүргізілген екі түрлі зерттеулер бойынша бауыр ісігін туғызатындығы анықталғаннан кейін пайдалануға тыйым салынған. Аспартам сахарозадан 200 есе тəтті, 1981 жылы АҚШ тамақ өнімдері мен медикаменттерде пайдалануға рұқсат берілген. Аспартамның құрамында фенилаланин қалдықтары бар, сондықтан ФКУ (18.6-бөлім) сияқты генетикалық аурумен ауыратын адамдарға пайдалануға болмайды. Калий ацесульфамы (тəтті жəне зиянсыз) 1988 жылы ұсынылған. Сондай-ақ ол ацесульфам-к деп те аталады, глюкозадан 200 есе тəтті. Сахаринмен салыс- 229

230 тырғанда дəмі жақсы жəне аспартамға қарағанда жоғарғы температурада біршама тұрақты. Сукралоза (спленда) глюкозадан 600 есе тəтті; жаңадан ұсынылған (1991 жылы) синтетикалық тəтті дəмдеуіш. Ол өзінің тəтті дəмін тағам дайындалатын температураларда ұзақ сақтайды. Сукралоза сахарозадан құрамындағы үш ОН тобын таңдап хлорға алмастыру арқылы алынған қосылыс. Хлорлау кезінде глюкоза сақинасының 4-орны бұралады да, сукралаза глюкозид емес галактозидке өзгереді. Дене сукралазаны көмірсу деп қабылдамайды. Сондықтан ол метаболизмге ұшырамай организмнен өзгеріссіз бөлініп шығады. Мұндай синтетикалық тəтті дəмдеуіштердің құрылысының əртүрлі болуы тəтті дəмнің жалғыз молекулалық формулаға байланысты еместігін көрсетеді. ҚОРЫТЫНДЫ оқулық: Көмірсулардың жалпы терминдері Көмірсулар биологиялық əлемде кең таралған қосылыс кластары. Олар полигидрокси альдегидтерге (альдоз) жəне полигидрокси кетондарға (кетоз) немесе альдоз жəне кетоз қалдықтарынан түзілетін қосылыстар. D жəне L белгілері Фишер проекциясындағы моносахаридтің төменгі асимметриялық орталығының конфигурациясын көрсетеді; Басқа көміртегі атомдарының конфигурациясы жалпы атаумен аталады. Табиғи қанттарға L- қанттар жатады. Табиғи кетоздардың кето топтары екінші көміртегінде орналасқан. Эпимерлер тек бір асимметриялық орталық конфигурациясы бойынша ажыратылады. Сілтілік ортада моносахаридтер күрделі полигидрокси альдегидтер мен полигидрокси кетондарға өзгереді. Альдегидтердің тотықсыздануынан бір альдитол, ал кетоздардың тотықсыздануынан екі альдит түзіледі. Альдоздар Br 2 -мен тотығады, бірақ кетоздар тотықпайды. Азот қышқылы альдегидтік жəне біріншілік спирт топтарын тотықтырады. Киляни-Фишер синтезі альдоздардың көміртекті тізбегін бір көміртегіне ұзартып С-2 эпимерлері түзіледі. Моносахаридтердің альдегид немесе кетон топтары құрамындағы бір ОН тобымен əрекеттесіп, сақиналы жартылай ацеталь немесе жартылай кеталь түзеді: глюкоза α-d-глюкоза жəне β-d-глюкоза түрінде болады. α-жағдай қант кресло конформацияда жəне қант жазықтықтығының төменгі жағында орналасса аксиалды болады. β-жағдай қант кресло конформацияда жəне қант жазықтықтығының жоғарғы жағында орналасса экваториалды болады. α-d-глюкоза жəне β-d-глюкоза ашық тізбек түрінде карбонилді көміртегі болған аномерлі көміртегінің конфигурациясы бойынша өзгешеленетін аномерлер. Қанттың алты мүшелі сақинасы пираноза, бес мүшелі сақинасы фураноза деп аталады. Табиғатта көп таралған моносахарид D-глюкоза. D-глюкозаның барлық ОН топтары экваториалды орналасқан. Оптикалық айналудың тепе-теңдік мəнге біртіндеп өзгеруі мутаратация деп аталады. Сақиналы жартылай ацеталь (немесе жартылай кеталь) спиртпен əрекеттесіп, гликозид деп аталатын ацеталь (немесе кеталь) түзеді. 230

231 Егер «пираноза» немесе «фураноза» атауы қолданылса ацеталь (немесе кеталь) пиранаозид немесе фуранозид деп аталады. Аномерлі көміртегінің алкоксилді оттегімен байланысы гликозидтік байланыс деп аталады. Дисахаридтер өзара гликозидтік байланыспен қосылған екі моносахаридтен тұрады. Мальтозада екі глюкоза молекуласы өзара α-1,4 1 -гликозидтік байланыспен қосылған. Целлобиозада екі глюкоза молекуласы өзара β-1,4 1 -гликозидтік байланыспен қосылған. Сахароза көп таралған дисахаридке жатады. Оның құрамындағы D-глюкоза мен D-фруктоза қалдықтары аномерлі көміртегі атомы арқылы байланысқан. Полисахаридтердің құрамындағы 10 жəне 1000 аса моносахарид қалдықтары гликозидтік байланыстармен қосылған. Крахмал амилоза жəне амилопектиннен тұрады. Амилозаның құрылысы тармақталмаған өзара α-1,4 1 -гликозидтік байланыспен қосылған D-глюкозадан құралған. Амилопектинде де өзара α-1,4 1 - гликозидтік байланыспен қосылған D-глюкозаның тармақталмаған тізбегімен қатар α-1,6 1 -гликозидтік байланыспен қосылған D-глюкозаның тармақталған тізбегі бар. Гликоген амилопектинге ұқсас, бірақ көбірек тармақталған. Целлюлозада өзара β-1,4 1 -гликозидтік байланыспен қосылған D-глюкозаның тармақталмаған тізбектері болады. α-байланыс амилозаның орамдалуына əкеледі. β-байланыс целлюлоза молекуласына молекулаішілік сутектік байланыстар түзуге əсер етеді. Көптеген жасушалардың беткі қабатында жасушаға басқа жасушамен əрекеттесуіне мүмкіндік беретін олигосахаридтердің қысқа тізбектері болады. Бұл олигосахаридтер жасушаның беткі қабатындағы ақуыздық топтармен байланысқан. Олигосахаридтерге қосылған ақуыздар гликопротеиндер деп аталады. РЕАКЦИЯ ҚОРЫТЫНДЫЛАРЫ 1. Негіз катализаторы қатысындағы эпимерлену (15.5-бөлім) 2. Негіз катализаторы қатысындағы қайта топтасу (15.5-бөлім) 231

232 3. Тотықсыздану (15.6-бөлім) 4. Тотығу (15.6-бөлім) а. ə. 5. Тізбектің ұзаруы: Киляни-Фишер синтезі (15.7-бөлім) 6. Ацеталь (немесе кеталь) түзілуі (15.11-бөлім) ЖАТТЫҒУЛАР 18. D-галактозаны келесі қосылыстармен əрекеттестіргенде түзілетін өнімдерді көрсетіңіздер: а. азот қышқылы ə. NaBH 4 / Н 3 О + 232

233 ə. Br 2 сулы ерітіндісі в. этанол + НСІ 19. D-гулозаға қандай қант С-4 эпимері болады? 20. Əр сипаттамадағы қантты анықтаңыздар: а. альдопентоз D-арабиноза емес, бірақ NaBH 4 тотықсыздандырса формасындағы D-арабинитол түзіледі. ə. қант D-альтроза емес, бірақ азот қышқылымен əрекеттескенде D-альтрар қышқылы түзіледі. б. кетоза, NaBH 4 тотықсыздандырса D-альтритол жəне D-аллитол түзіледі. 21. Келесі сегіз альдопентоз жайлы сұрақтарға жауап беріңіздер: а. Қайсысы энантиомерлер? ə. Қайсысы азот қышқылымен тотыққанда оптикалық белсенді қосылыс түзеді? 22. D-талозадан басқа қандай моносахаридтерді тотықсыздандырса альдит түзіледі? 23. Қандай моносахаридтен екі альдит түзіледі, егер біреуі маннозаны тотықсыздандырғанда түзілетін алдитол болса? 24. Киляни-Фишер синтезінде келесі қосылыстардан қандай моносахаридтер түзіледі? а. D-ксилоза ə. D-треоза 25. Келесі қосылыстарды атап, олардың тотықсызданатын жəне тотықсызданбайтын қанттарға жататындығын анықтаңыздар: а. ə. 26. D-рибозаның метанол мен НСІ бір эквивалент мөлшерімен реакциясынан төрт түрлі өнім түзіледі. Олардың құрылысын көрсетіңіздер. 27. Доктор Исент Т. тəтті дəмі жоқ жəне молекулалық массасы 150-ге тең моносахаридті анықтаған. Ол бұл қосылыстың оптикалық белсенді болатындығын анықтаған. Сонда ол анықтаған моносахаридтің құрылысы қандай болды? 28. Келесі əр қосылыстардың D-глицерин альдегиді немесе L-глицерин альдегидіне жататындығын, көлденең байланыстар сіздерге қарай жəне тік байланыстар сіздерден бері көрсетілгенін ескеріп анықтаңыздар: а. ə. б. 29. D-глюкурон қышқылы өсімдіктер мен жануарларда кеңінен таралған. Оның маңызды қызметінің бірі улы НО- бар қосылыстардың зиянын жою үшін бауырда əрекеттесіп глюкоуронидтер түзеді. Глюкоуронидтер суда ериді, сондықтан ағзадан жеңіл бөлінеді. Скипидар, морфин немесе фенол сияқты улы заттардан бір жұтылса, олардан түзілетін глюкоуронидтерді несептен табуға болады. β-dглюкоурон қышқылының фенолмен реакциясынан түзілетін глюкоуронидтің құрылысын көрсетіңіздер. 233

234 β-d-глюкоурон қышқылы 30. D-галактоза синтезі үшін профессор Эми Лос бастапқы зат ретінде D- ликозаны алуға қоймаға барады. Ол D-ликоза жəне D-ксилозасы бар бөтелкенің этикеткасының түсіп қалғанын көреді. Сонда ол қандай бөтелкеде D-ликоза бар екендігін қалай анықтайды? 31. Гиалурон қышқылы біріктіруші ұлпа компоненті, буындарға жағатын сұйық. Бұл N-ацетил -D-глюкозамин мен D-глюкоурон қышқылының β-1,3 1 - гликозидтік байланыспен қосылған ауыспалы полимері. Гиалурон қышқылының қысқа буынын сызып көрсетіңіздер альдогексоздан қанша глюкар қышқылын алуға болады? 33. Келесі қосылыстардан түзілетін сақиналы жартылай ацетальдің құрылысын көрсетіңіздер: а. 4-гидроксипентаналь ə. 4-гидроксигептаналь 34. Түсіндіріңіздер, не себепті С дəруменінің С-3 ОН тобы С-2 ОН тобымен салыстырғанда біршама қышқыл болады? 35. α- D-глюкоза мен β-d-глюкозаның қоспасын айналдырғаннан кейін тепетеңдік орнағандағы қоспадағы α-d-глюкоза мен β-d-глюкозаның пайыздық мөлшерін есептеңіздер. Алған мəндеріңізді 15.9-бөлімде берілген мəндермен салыстырыңыздар. (Көмекке: қоспаның меншікті айналуы β-формадағы β-d-глюкозаның үлесіне көбейткенге тең). 36. D-альтроза көбірек пираноза немесе фураноза формада бола ма, жоқ па? Соған болжам жасаңыздар. (Көмекке: барлық көршілес орынбасарлары транс жағдайда орналасқан бес мүшелі сақина біршама тұрақты). 234

235 16-ТАРАУ АМИНҚЫШҚЫЛДАРЫ, ПЕПТИДТЕР ЖƏНЕ АҚУЫЗДАРДЫҢ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯСЫ Тотыққан глутатион Табиғатта кеңінен таралған полимерлердің үш түрі бар. Олар полисахаридтер, ақуыздар жəне нуклеин қышқылдары. Сіздер табиғатта кездесетін полимерлер полисахаридтердің моносахарид қалдықтарынан тұратынын білдіңіздер (15.1- бөлім). Біз енді құрылысы полисахаридтерге ұқсас бірақ тізбектері біршама қысқа келетін ақуыздар мен пептидтерді қарастырамыз. Ақуыздар мен пептидтер амин қышқылдарының полимерлері. Амин қышқылдары өзара амидтік байланыстар арқылы қосылған. Амин қышқылдары құрамындағы амин тобы α-көміртегінде болатын карбон қышқылдары. Амин қышқылдарының қайталанатын буындары амин қышқылдарының қалдықтары деп аталады. 235

236 Дипептидтерде екі, трипептидте үш, олигопептидте 3-10 жəне полипептидтер одан да көп амин қышқылдарының қалдықтарынан тұрады. Ақуыздар дегеніміз амин қышқылдарының қалдықтарынан тұратын табиғи полипептидтер. Ақуыздар мен пептидтер биологиялық жүйелерде маңызды қызметтер атқарады (16.1-кесте). Ақуыздар екі класқа бөлінеді. Талшықты ақуыздардың құрамында түйіншектелген полипептидтердің ұзын тізбектері болады. Мұндай ақуыздар суда ерімейді. Барлық құрылымдық ақуыздар талшықты ақуыздарға жатады. Глобулярлы ақуыздар сфералық формада болады жəне суда ериді. Ферменттердің басым көпшілігі глобулярлы ақуыздарға жатады. глицин аспартат лейцин лизин 236

237 16.1-кесте. Биологиялық жүйелердегі ақуыздар қызметіне мысалдар. Құрылымдық ақуыздар Ақуыздардың бұл түрі биологиялық құрылымдарға күш береді немесе ағзаны қоршаған ортадан қорғайды. Мысалы, коллаген сүйектің, бұлшық еттің жəне сіңірдің негізгі компоненті; кератин шаштың, тұяқтың, қанаттың, жүннің жəне терінің сыртқы қабатының негізгі компоненті. Қорғағыш ақуыздар Қорғағыш ақуыздар ағзаны жылан уы мен зиянды өсімдіктердің əсерінен жəне жыртқыштардан қорғайды. Қанды ұйытатын ақуыздар тамыр жүйелерін жарақаттанған кезде қорғайды. Антиденелер мен пептидті антибиотиктер бізді əртүрлі аурулардан қорғайды. Ферменттер Ферменттер тірі жүйелердегі реакцияларда катализатор рөлін атқаратын ақуыздар Гормондар Инсулин сияқты тірі жүйелердегі реакцияларды реттейтін гормондар ақуыздарға жатады. Физиологиялық қызмет атқаратын ақуыздар Бұл ақуыздар денеде оттегін тасымалдау жəне сақтау, оттегінің бұлшық етте сақталуы, сондай-ақ бұлшық еттің жиырылуы сияқты физиологиялық қызметтерге жауап береді АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ КЛАССИФИКАЦИЯСЫ МЕН НОМЕНКЛАТУРАСЫ Табиғатта кеңінен таралған ақуыздардың құрамына кіретін 20 амин қышқылының құрылысы 16.2-кестеде берілген. Қалған амин қышқылдары табиғатта сирек кездеседі. Амин қышқылдары бір-бірінен α-көміртегіне қосылған орынбасарлар (R) бойынша ажыратылады. Мұндай орынбасарлардың көп түрлілігінен протеиндердің құрылысы да əртүрлі болады, нəтижесінде олардың функционалдық қызметі де көп болады (16.1-кесте). Амин қышқылдары көбінесе жалпы атауларымен (тривиалды) аталады. Жиі қолданылатын амин қышқылдарының атауына тоқталайық. Мысалы, глициннің атауы оның тəтті дəміне байланысты (glykos грек тілінде «тəтті» дегенді білдіреді). Аспарагин алғаш рет спаржадан, тирозин ірімшіктен (tyros грек тілінде «ірімшік» дегенді білдіреді) табылған кестеде əр амин қышқылдарының атауы қысқартылып үш əріппен (көп жағдайда алғашқы үш əрпі) жəне бір əріппен берілген. Изолейцин өзінің атауына қарамастан изобутил радикалы болмайтындығына, оның орнына екіншілік бутил радикалы болатындығына назар аударыңыздар. Лейцин құрамында изобутил радикалы бар амин қышқылы. Пролин екіншілік аминге жататын жалғыз амин қышқылы. 10 амин қышқылы алмастырылмайтын амин қышқылдарына жатады. Олар 16.2-кестеде жұлдызшамен (*) белгіленген. Біз бұл амин қышқылдарын тағаммен бірге қабылдаймыз, себебі олар ағзада мүлде синтезделмейді немесе жеткілікті мөлшерде синтезделмейді. Мысалы, бізге фенилаланиннің шикізат көзі болатын тағам қажет, себебі біздің ағзамызда бензол сақинасы синтезделмейді. Біздің тамақ рационымызға тирозиннің қажеті жоқ, өйткені біз оның қажетті мөлшерін фенилаланиннен синтездеп аламыз. 237

238 Адам ағзасында өсуге қажетті аргинин көп мөлшерде синтезделеді. Сондықтан аргинин балалар үшін ауыстырылмайтын амин қышқылы, ал ересек адамдарға аса көп қажет болмайды кесте. Табиғатта көп таралған амин қышқылдары. Амин қышқылдары физиологиялық рн ортасында (7,3) көп мөлшерде кездесетін амин қышқылдары Формуласы атауы қысқартылған түрі Ақуыз құрамындағы орташа мөлшері Алифатты қатардағы амин қышқылдары Глицин Gli G 7,5% Аланин Аla А 9,0% Валин * Val V 6,9% Лейцин * Ley L 7,5% Изолейцин Ile І 4,6% Гидрокси тобы бар амин қышқылдары Серин Ser S 7,1% Треонин * Тre Т 6,0% 238 (жалғасы бар)

239 16.2-кестенің жалғасы Формуласы атауы қысқартылған түрі Ақуыз құрамындағы орташа мөлшері Күкіртті амин қышқылдары Цистеин Cis C 2,8% Метионин * Ме t М 1,7% Амин дикарбон қышқылдары Амин дикарбон қышқылдарының амиді Аспартат (аспартат қышқылы) Глутамат (глутамин қышқылы) Аспарагин Аs p D 5,5% Glu G 6,2% Аs n N 4,4% Глутамин Gln Q 3,9% Негіздік амин қышқылдары Лизин Lys К 7,0% Ароматты амин қышқылдары Аргинин Аr g R 4,7% Фенилаланин * Phe F 3,5% Тирозин Тyr Y 3,5% 239

240 16.2-кестенің жалғасы Гетероциклді амин қышқылдары Формуласы атауы қысқартылған түрі Ақуыз құрамындағы орташа мөлшері Пролин Pro P 4,6% (жалғасы бар) Гистидин * His Н 2,1% * Негізгі амин қышқылдары Триптофан Тrp W 1,1% АҚУЫЗДАР ЖƏНЕ ТАМАҚТАНУ Ақуыздар біздің тағамдық рационымыздың маңызды құраушысы. Диеталық ақуыз ағзада амин қышқылдарына гидролизденеді. Амин қышқылдарының кейбіреуі организмге қажетті ақуыздар синтезіне жұмсалады, кейбіреулері ары қарай денеге энергия жеткізеді жəне тироксин (8.7-бөлім), адреналин жəне меланин (18.6-бөлім) сияқты ағзаға қажетті ақуыз емес қосылыстардың синтезіне қажетті бастапқы зат ретінде қолданылады. Барлық ақуыздардың құрамында бірдей амин қышқылдары болмайды. Ет жəне сүт тағамдарындағы ақуыздардың көпшілігінде ағзаға қажетті барлық амин қышқылдары болады. Бірақ өсімдік шикізаттарының ақуыздарының көпшілігі толық ақуыз болмайды. Олардың көпшілігінде адамның өсуіне қажетті алмастырылмайтын амин қышқылдары ақ болады. Мысалы, ас бұршақтың ақуызында метионин жəне бидай ақуызында лизин болмайды. Осылайша реттелген диетада міндетті түрде ағзаға қажетті амин қышқылдарының əртүрлі шикізат көздері болады АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ КОНФИГУРАЦИЯСЫ Барлық глициннен басқа табиғи амин қышқылдарының құрамындағы α- көміртегі асимметриялық орталық болады. Осылайша, 16.2-кестеде берілген 20 амин қышқылы 19 энантиомерлер түрінде кездеседі. Моносахаридтердің конфигурациясын белгілеуде қолданылатын D жəне L белгілері (15.2-бөлім) амин қышқылдары үшін де қолданылады. Амин қышқылдарының Фишер проекциясында карбоксил тобы көлденең осьтің жоғары жағында, ал R тобы төменгі жағында, амин тобы оң жақта орналасса D-амин қышқылы, ал егер амин тобы сол жақта орналасса L-амин қышқылы болады. 240

241 Моносахаридтерден өзгешелігі D-изомерлер табиғатта өте сирек, ал көп кездесетін аминқышқылдары L-конфигурация түрінде болады. D-глицерин альдегиді L-глицерин альдегиді D-амин қышқылы L-амин қышқылы Табиғи моносахаридтер D- конфигурацияда кездеседі Табиғатта кездесетін амин қышқылдары L-конфигурациялы болады L-аланин амин қышқылы Не себепті табиғи қанттар D-конфигурацияда, ал амин қышқылдары L- конфигурацияда кездеседі. Бірақ мұның ешқандай маңызы болмағанымен, ол изомерлердің ағзада синтезделуі маңызды. Мысалы, ұсақ қоректілері L-амин қышқылдары жетіспесе өліп қалады. Сол үшін L-амин қышқылдары олардың ағзада синтезделуі керек немесе тағаммен бірге қабылдауы керек. 241

242 АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫ ЖƏНЕ АУРУ ТҮРЛЕРІ Гуамадағы чаморро халқында Паркинсон ауруы элементтері мен ақыл кемістігі ауруына əкелетін (ALS немесе Лу Гериг ауруы) амиотрофиялық бүйір склерозының синдромы жоғары. Бұл синдром екінші дүниежүзілік соғыс кезінде тағам жетіспеген жағдайда, Cycas circinalis дəнін көп мөлшерде жегенде пайда болған. Бұл дəндердің құрамында глутаматты рецептормен байланысатын β- метиламин-l-аланин амин қышқылы бар. Маймылдарға β-метиламин-l-аланинді бергенде осы аурудың синдромы пайда болған. Осы ерекше амин қышқылын зерттей келе пайда болатын ALS жəне Паркинсон ауруларының пайда болуын түсінеміз. ПЕПТИДТІ АНТИБИОТИК Грамицидин S, бактерия штаммдарымен пайда болатын сақиналы декапептидті антибиотик. Оның молекула қалдықтарының бірі кестеде берілген табиғатта сирек кездесетін аминқышқылы орнитин екендігіне назар аударыңыздар. Орнитин лизинге ұқсас, бірақ оның бүйір тізбегі бір метилен тобына кем. Сондай-ақ бұл антибиотиктің құрамында екі D-амин қышқылдарының болатындығына назар аударыңыздар. Грамисидин S орнитин 1-ЖАТТЫҒУ L-аланин (R)-аланин немесе (S)-аланинге жата ма? 242

243 2-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Треонинде екі асимметриялық орталық жəне төрт стереоизомері бар. Табиғатта кездесетін L-треонин (2S, 3R)-треонинге жатады. Қандай стереоизомер L-треонин болады. ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ 1 стереоизомердің R конфигурациясы С-2 жəне С- 3 көміртектері бойынша, себебі екі жағдайда да меңзер сағат тіліне қарсы бағытпен үлкен орынбасардан кіші орынбасарға қарай бағытталған. Екі жағдайда да R конфигурацияда сағат тіліне қарсы меңзер көлденең байланыстағы ең кіші орынбасарға (Н) бағытталған (15.2-бөлім). Осылайша (2S, 3R)-треониннің конфигурациясы 1 изомерде С-2 1 С-3 стереоизомеріне қарама-қарсы. Сондықтан L-треонин нөмірі 4 стереоизомер. Фишер проекциясындағы L-амин қышқылдарының + NH 3 тобы сол жақта орналасқандығына назар аударыңыздар. 3-ЖАТТЫҒУ 16.2-кестеде берілген амин қышқылдарының қайсысында бірнеше асимметриялық орталықтар бар? 16.3 АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ ҚЫШҚЫЛДЫ- НЕГІЗДІК ҚАСИЕТТЕРІ Əрбір амин қышқылының құрамында карбоксил жəне амин топтары болады. Əр топ амин қышқылы ерітілген ортаның рн байланысты қышқылды немесе негіздік формада болады. Аспартат жəне глутамат сияқты кейбір амин қышқылдарында иондалатын бүйір тізбектері де болады (16.3-кесте). 3-D молекула: Табиғатта кең таралған амин қышқылдары 16.3-кесте. Амин қышқылдарының рк а мəндері Амин қышқылдары рк а мəндері α-соон рк а мəндері α- + NH 3 рк а мəндері бүйір тізбек Аланин 2,34 9,69 - Аргинин 2,17 9,04 12,48 243

244 Аспарагин 2,02 8,84 - Аспартит қышқылы 2,09 9,82 3,86 Цистеин 1,92 10,46 8,35 Глутамин қышқылы 2,19 9,67 4,25 Глутамин 2,17 9,13 - Глицин 2,34 9,60 - Гистидин 1,82 9,17 6,04 Изолейцин 2,36 9,68 - Лейцин 2,36 9,60 - Лизин 2,18 8,95 10,79 Метионин 2,28 9,21 - Фенилаланин 2,16 9,18 - Пролин 1,99 10,60 - Серин 2,21 9,15 - Треонин 2,63 9,10 - Триптофан 2,38 9,39 - Тирозин 2,20 9,11 10,07 Валин 2,32 9,62 - Біз қосылыстардың ерітіндіде рк а мəндерімен салыстырғанда біршама негіздік формаларына (протоны жоқ) қарағанда (2.7-бөлім) рк а мəндері бойынша, негізінен олардың қышқылдық формада (яғни, протондары бар) болатындығын анықтадық. Амин қышқылдарының карбоксил топтарының рк а мəні 2-ге тең жəне протонданған амин топтарының рк а мəні, шамамен 9-ға тең. Осылайша, екі топта өте қышқылдық ортада (рн~0) қышқылдық формада болады. рн=7 болғанда ерітіндінің рн мəні карбоксил тобының рк а мəнінен жоғары, бірақ протонданған амин тобының рк а мəнінен төмен болады. Осыған байланысты карбоксил тобы негіздік формада, ал амин тобы қышқылдық формада болады. Күшті сілтілік ортада (рн~11) екі топ та өзінің негіздік формаларында болады. Амин қышқылдарының ерітіндінің рн мəніне тəуелсіз зарядталмаған түрде болмайтындығына назар аударыңыздар. Амин қышқылдары зарядталмаған болуы үшін рк а мəні, шамамен 9 болғанда + NH 3 бір протонын бөлуі керек. Ал СООН тобы рк а мəні, шамамен 2 болғанда протонын бөлуі керек. Бірақ бұлай болмайтындығы түсінікті де: рк а =9 244 Егер ерітіндінің рн қосылыстың рк а мəнімен салыстырғанда төмен болса, қосылыс қышқылдық формада (протоны бар) жəне ерітіндінің рн қосылыстың рк а мəнімен салыстырғанда жоғары болса негіздік формада (протоны жоқ) көп болады

245 əлсіз қышқыл болмайды, рк а =2 күшті қышқыл. Осылайша, аланин сияқты амин қышқылдары физиологиялық рн (7,3) ортасында цвиттер-ион деп аталатын дипольдық ион түрінде кездеседі. Қосылыстың теріс зарядталған цвиттер-ионында бір атомға кем, ал оң зарядталған ионда бір атомға артық. (Цвиттер сөзі неміс тілінен «гермафродит» немесе «гибрид»-ден аударылады). 4-ЖАТТЫҒУ Не себепті амин қышқылдарының карбоксил топтары сірке қышқылы сияқты карбон қышқылдарына ( рка = 4,76 ) қарағанда біршама қышқыл (рка ~ 2) келеді? 5-ЖАТТЫҒУ Аминдер жəне карбон қышқылдарымен салыстырғанда амин қышқылдарының диэтил сияқты эфирлерде ерімейтіндігін түсіндіріңіздер. 6-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Келесі əр амин қышқылдарының физиологиялық рн (7,3) ортадағы көп мөлшерде кездесетін формасын көрсетіңіздер. а. аспарагин қышқылы ə. глутамин б. аргинин ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ 6а орындалу жолы Екі карбоксил топтары да өздерінің негіздік формасында болады, себебі ерітіндінің рн мəні олардың рк а мəнінен жоғары. Протонданған амин тобы ерітіндінің рн мəні оның рк а мəнінен төмен болғандықтан, қышқылды формада кездеседі. 7-ЖАТТЫҒУ Ерітіндінің келесідей рн мəндерінде болатын глутамин қышқылының формасын көрсетіңіздер: а. рн=0 ə. рн=3 б. рн=6 в. рн= ИЗОЭЛЕКТРЛІК НҮКТЕ Амин қышқылдарының изоэлектрлік нүктесі дегеніміз (ИН) заряды жоқ ортаның рн мəні. Басқаша айтқанда, амин қышқылдарының оң зарядтарының мəні теріс зарядтардың қосындысына тең болатын рн мəні. оқулық: Гистидин мен аргининнің негіздік азот атомдары 245

246 ИН (изоэлектрлік нүкте)= заряды жоқ ортаның рн мəні аланин Аланин сияқты бүйір тізбектері ионизацияланбаған амин қышқылдарының изоэлектрлік нүктесі екі рк а мəндерінің ортасында болады. Бүйір тізбектері ионизацияланатын амин қышқылдарының изоэлектрлік нүктесі ионизацияланатын топтың орташа рк а мəніне тең (немесе оң зарядталған топтар зарядсызданады немесе зарядсыз топтар теріс зарядталады). Мысалы, лизиннің изоэлектрлік нүктесі оң зарядталған қышқылдық формасы мен зарядсыз негіздік формасындағы екі топтың орташа рк а мəндеріне тең. Глутамин қышқылының изоэлектрлік нүктесі екінші жағынан зарядсыз қышқылдық формасы мен зарядталған негіздік формасындағы екі топтың орташа рк а мəндеріне тең. 8-ЖАТТЫҒУ Келесі амин қышқылдарының изоэлектрлік нүктелерін есептеңіздер: а. аспарагин б. серин ə. аргинин в. аспарагин қышқылы 9-ЖАТТЫҒУ а. Қандай амин қышқылдарының изолектрлік нүктесінің мəні төмен болады? ə. Қандай амин қышқылдарының изолектрлік нүктесінің мəні жоғары болады? 246

247 16.5 АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫН БӨЛУ Амин қышқылдарының қоспасын əртүрлі əдістермен бөлуге болады. Олардың екеуі төменде қарастырылады. Электрофорез Электрофорез амин қышқылдарын олардың изоэлектрлік нүктелерінің мəні бойынша бөледі. Амин қышқылдары қоспасы ерітіндісінің бірнеше тамшысы сүзгі қағаздың немесе гельдің ортасына тамызылады. Содан кейін қағаз немесе гельді электр өрісіне қойылған екі электрод арасына енгізеді (16.1-сурет). Сонда изоэлектрлік нүктесі ерітіндінің рн мəнінен жоғары амин қышқылы оң зарядталып катодқа қарай бағытталады (теріс электрод) сурет Аргинин, аланин жəне аспартаттың рн = 5 электрофорез əдісімен бөлінуі Амин қышқылының изоэлектрлік нүктесі буферлік ерітіндінің рн мəнінен алыс болған сайын амин қышқылы көбірек оң зарядталған болады да, катодқа қарай жылжиды. Изоэлектрлік нүктесі буферлік ерітіндінің рн мəнінен төмен амин қышқылдары теріс зарядталады да, анодқа (оң зарядталған электрод) қарай жылжиды. Егер екі молекуланың зарядтары бірдей болса, электрофорез кезінде баяу қозғалады. Біз амин қышқылдарының түссіз болатындығын ескерсек оларды бөлгеннен кейін қалай анықтаймыз? Электрофорез əдісімен амин қышқылдары бөлінгеннен кейін сүзгі қағазға нингидрин айқындауышы бүркіліп жылы пеште кептіріледі. Амин қышқылдарының көпшілігі нингидринмен қыздырғанда күлгін түс береді. Қоспадағы əртүрлі амин қышқылдары анықталады (16.1-сурет). Жеке амин қышқылдары қағазда орналасуы стандартты амин қышқылдарымен салыстырылып анықталады. 247

248 10-ЖАТТЫҒУ Валинді нингидринмен өңдесе қандай альдегид түзіледі? Егер ерітіндінің рн мəні амин қышқылдарының изоэлектрлік нүктесінің мəнінен төмен болса оң зарядталған жəне ерітіндінің рн мəні амин қышқылдарының изоэлектрлік нүктесінің мəнінен жоғары болса теріс зарядталады Ионалмастырғыш хроматография Ионалмастырғыш хроматография əдісімен амин қышқылдарын тек қана анықтап қоймай, сонымен қатар олардың қоспадағы мөлшерін де анықтауға болады. Бұл əдісте ерімейтін полимерлермен толтырылған колонкалар қолданылады. Амин қышқылдарының қоспасы колонканың жоғарғы жағынан енгізіліп рн жоғары буферлік ерітіндімен жуады. Амин қышқылдары колонкада əртүрлі жылдамдықпен қозғалатындықтан жеке қышқыл түрінде бөлініп шығады. Ион алмастырғыш шайырдың бүйір тізбектері зарядталған химиялық инертті зат. Əдісте жиі қолданылатын ион алмастырғыш шайырдың құрылымы 16.2-суретте көрсетілген. Егер рн=6 болатын ерітіндідегі лизин мен глутамат қоспасын колонкаға енгізсе, глутамат колонка бойымен төмен қарай жылдам қозғалады, себебі оның теріс зарядталған бүйір тізбектері ион алмастырғыш шайырдың теріс зарядталған тобымен тебіседі. Екіншіден, лизиннің оң зарядталған бүйір тізбегі оның колонкада қозғалмай қалуына əсер етеді. Ион алмастырғыш шайырлардың мұндай түрі колонкадан өтетін оң зарядталған Na + бөлшектермен алмасатын қарсы SO 3 - иондары болғандықтан, катион алмастырғыш шайырлар деп аталады. Бұдан басқа біршама полюссіз колонка оның полюсті амин қышқылдарынан ұзынырақ полюссіз амин қышқылдарын ұстап қалады. 248

249 16.2-сурет Катион алмастырғыш шайырдың бір бөлігі Амин қышқылдарының анализаторы ион алмастырғыш шайырды автоматтандыратын аспап. Амин қышқылдарының қоспасы катион амин қышқылды анализатордың алмастырғыш шайыры бар колонкасынан өткенде, амин қышқылдары жалпы зарядтарына қатысты əртүрлі жылдамдықпен қозғалады. Колонкадан шыққан ерітінді фракцияларға жинақталады жəне əр фракцияға бір амин қышқылдары бөлініп алынады (16.3-сурет). реакциялардың сатылы түрде бөлінуі 16.3-сурет Амин қышқылдарын ион алмастырғыш хроматография əдісімен бөлу 249

250 Егер əр фракцияға нингидринді қосса, ондағы амин қышқылдарының амин қышқылының нингидринмен реакциясы нəтижесінде түзілетін түсті қосылыстың (16.4-сурет) оптикалық тығыздығының интенсивтілігін өлшейтін көрінетін спектроскопия əдісімен анықтауға болады (7.10-бөлім). Катион алмастырғыш шайырлар катиондарды біршама жақсы ұстайды. интенсивтілігі элюент (мл) 16.4-сурет Амин қышқылдарының қоспасын автоматтанған амин қышқылдарының анализаторын бөлуден алынған хроматограмма. 11-ЖАТТЫҒУ оқулық: Электрофорез жəне изоэлектрлік нүкте Келесі амин қышқылдары жұбын 16.2-суретте көрсетілген ион алмастырғыш шайырмен толтырылған колонкадан жуылу (ерітінді рн=4) ретін түсіндіріңіздер: а. треонинге дейін глутамат ə. лейцинге дейін аланин СУДЫ ЖҰМСАРТҚЫШТАР: КАТИОНДЫ АЛМАСТЫРҒЫШ ХРОМАТОГРАФИЯҒА МЫСАЛДАР Суды жұмсарту үшін натрий хлоридінің концентрлі ерітіндісімен жуылған катионды алмастырғыш шайыры бар колонкаға жіберіледі. «Кермек су» (кальций жəне магний иондары көп мөлшердегі су, бөлімді қараңыздар) колонкадан өткенде шайыр магний жəне кальций иондарын ұстап қалады да, натрий иондарымен байланысады. Осылайша судың кермектігін жою үшін құрамындағы магний жəне кальций иондары бөлініп натрий иондарымен алмасады. Ион алмастырғыш шайыр магний жəне кальций иондарын натрий иондарымен алмастыру үшін натрий хлоридінің концентрлі ерітіндісімен жуылып, натрий ионымен қанығып отыруы керек. 250

251 16.6 ПЕПТИДТІК ЖƏНЕ ДИСУЛЬФИДТІК БАЙЛАНЫСТАР Пептидтік жəне дисульфидтік байланыстар амин қышқылдары қалдықтарын пептидке немесе ақуызға біріктіруші жалғыз коваленттік байланыс. Пептидтік байланыс Амин қышқылы қалдықтарын біріктіретін амидтік байланыс пептидтік байланыс деп аталады. Бос амин топтары (N-соңында болатын амин қышқылдары) пептидтер мен ақуыздардың сол жағында жəне бос карбоксил топтары (С-соңында болатын амин қышқылдары) оң жағында орналасады. Пептидтің құрамында орналасу реті белгісіз амин қышқылдары болса, онда амин қышқылдары үтір арқылы бөлінеді. Ал егер амин қышқылдарының орналасу реті белгілі болса, амин қышқылдары дефис арқылы қосылады. Төменде берілген пентапептидтегі валин N-соңында болатын амин қышқылы жəне гистидин С-соңында болатын амин қышқылы. Мұндағы амин қышқылдары N-соңғы жағынан бастап нөмірленген. Глутамат N-соңғы жағынан санағанда төртінші орналасқан амин қышқылының қалдығы, сондықтан ол Glu 4 деп аталады. Пептидтік байланыс электрондардың делокализациялануынан, шамамен 40% қос байланыстық сипатқа ие (7.4-бөлім). 251

252 Жартылай қос байланыстық сипат пептидтік байланыстың еркін айналуын болдырмайды; Осылайша көміртегі мен азот атомдары жəне екі атоммен қосылған пептидтік байланыс жазықтықта орналасады (16.5-сурет) сурет Полипептидтік байланыстың бір бөлігі. Түсті шаршылар əрбір пептидтік байланыстағы жазықтықты көрсетеді. R тобының пептидтің байланыс жанындағы α-көміртегінде орналасатындығына назар аударыңыздар. 12-ЖАТТЫҒУ Gly-Val жəне Val-Gly сызыңыздар. 13-ЖАТТЫҒУ Ala-Тre-Asp-Asn тетрапептидін сызып, ондағы пептидтік байланыстарды көрсетіңіздер. 14-ЖАТТЫҒУ Үш əріптік қысқартылған түрлерін қолданып, аланин, глицин жəне метиониннен тұратын алты үшпептидті жазыңыздар. 15-ЖАТТЫҒУ Негізгі пептидтік байланыс тізбегіндегі қандай байланыстар еркін айналады? ЭНКЕФАЛИНДЕР Энкефалиндер ағзада ауру сезімін бақылау үшін синтезделетін пентапептидтер. Олар мидың белгілі жасушаларындағы рецепторлармен байланысу арқылы ағзаның ауруға деген сезімталдығын төмендетеді. Энкефалиндердің үш өлшемді құрылымының бір бөлігі ауруды сездірмейтін рецептормен байланысатын дəрі Демеролға қосылатындықтан, морфин сияқты байланысуы ұқсас болуы керек (21.6-бөлім). лейцин энкефалині метионин энкефалині 252

253 Дисульфидтік байланыстар Тиолдар жұмсақ жағдайда тотыққанда дисульфидтер түзіледі. Дисульфидтер дегеніміз құрамында S-S байланыстары бар қосылыстар. Тиолдар дисульфидтерге дейін тотығатындықтан, дисульфидтерді тотықсыздандырып тиолдарды алуға болады. Цистеин құрамында тиол тобы бар амин қышқылына жатады. Яғни, цистеиннің екі молекуласы дисульфидке дейін тотығады. Нəтижесінде алынатын дисульфид цистин деп аталады. Ақуыз құрамындағы екі цистеин қалдығы дисульфидтік көпірше деп аталатын байланыс түзіп, дисульфидке дейін тотығады. Дисульфидтік көпірше 16.6-суретте көрсетілген пептидтік тізбектің əр жеріндегі цистеин қалдықтарын байланыстыру арқылы ақуыздың қалыптасуына ықпал етеді сурет Пептид бөліктерін біріктіретін дисульфидтік көпіршелер 253

254 Өттен бөлінетін инсулин гормоны глюкозаның метаболизмін реттеу арқылы қандағы глюкоза деңгейін реттейді. Инсулин екі пептидтік тізбектен құралған полипептид. Сондай-ақ оның құрамында екі тізбекті біріктіретін үш дисульфидтік көпірше бар. ШАШТАР: ТІК НЕМЕСЕ БҰЙРА? Шаш цистеин қалдықтарының көп мөлшерінен құралған кератин деп аталатын ақуыздардан тұрады. Кератиннің құрамында оның үш өлшемдік құрылымын сақтайтын көптеген дисульфидтік көпіршелер болады. Адамдар осы дисульфидтік көпіршелердің орналасуын өзгерту арқылы өздерінің шаштарының құрылысын өзгерте алады (егер ол қатты тік немесе тым бұйра шашты болса). Бұл өзгерістер ақуыз жіптеріндегі дисульфидтік көпіршелер санын азайтатын заттарды қолдану арқылы жасалады. Содан кейін шашты қажетті түрге келтіргеннен кейін (бұйралау немесе оларды тарап түзету), жаңа пайда болған дисульфидтік көпіршелердің қалыптасуы үшін тотықтырғыштар қолданылады. Жаңадан пайда болған дисульфидтік көпіршелер шашқа жаңа форма береді. Мұндай əдіс тік шаштарға қолданылғанда «бұйралау» деп аталады. Ал бұйра шаштарға қолданылғанда «шашты түзулеу» деп аталады. бұйра шаш тік шаш 254

255 ПЕПТИДТІК ГОРМАНДАР Брадикинин, вазопрессин жəне окситоцин пептидтік гормондарға жатады. Олардың барлығы нонапептидтер. Брадикинин ұлпаның қабынуын тежейді. Вазопрессин бұлшық еттердің жиырылуы арқылы қан қысымын реттейді; сондай-ақ ол антидиуретик. Окситоцин жатырдың жиырылуын реттей отырып жүкті əйелдердің іші өсіп отырады, сондай-ақ бала емізетін əйелдерде сүттің пайда болуына көмектеседі. Вазопрессин мен окситоцинде дисульфидтік көпіршелер бар. Олардың С-соңғы амин қышқылдарында карбоксил топтары емес амид топтары болады. С-соңғы амин қышқылдарының атауынан кейін С-соңғы амидтік топтар «NH 2» деп белгіленетіндіге назар аударыңыздар. Физиологиялық эффектілерінің əртүрлілігіне қарамастан вазопрессин мен окситоцин бір-бірінен тек екі амин қышқылдары арқылы өзгешеленеді. Брадикинин Вазопрессин Окситоцин Окситоцин алғаш рет синтезделген кішкентай пептид. Оны 1953 жылы Винсент дю Вигнауд ( ) синтездеген, кейіннен ол вазопрессинді де синтездеп алады. Ол Чикагода дүниеге келген жəне Джордж Вашингтон университетінің медициналық мектебінде, кейіннен Корнелл университетінің медициналық колледжінде профессор болады. Нонапептидтер синтезі үшін ол 1955 жылы Нобель сыйлығын иеленді. 16-ЖАТТЫҒУ Глутатион ағзадағы зиянды тотықтырғыштарды жоятын трипептид. Тотықтырғыштар қартаюға əкеледі жəне ісік ауруларына себепші болады. Глутатион тотықтырғышты жойып тотығады, нəтижесінде де екі глутатион молекуласының арасында дисульфидтік байланыс түзіледі (254 жəне 254-беттерді қараңыздар). глутатион а. Глутатион қандай амин қышқылына жатады? ə. Глутатион құрылысының ерекшелігі қандай? (Егер сіздер бұл сұраққа жауап бере алмасаңыздар трипептид құрылысын сызып, глутатионның нақты құрылысымен салыстырыңыздар). 255

256 16.7 ПЕПТИДТІК БАЙЛАНЫСТЫҢ РӨЛІ N-қорғану жəне С-белсенделудің синтезделуі Полипептидтерді синтездеудегі қиындықтардың бірі екі функционалдық топтарын əртүрлі əдістермен біріктіруден алынған құрылысы белгілі болғанда пайда болады. Мысалы, сіздер глицин-аланин дипептидін синтездегілеріңіз келді делік. Бұл дипептид аланин мен глицин қоспасынан түзілетін төрт дипептидтің бірі. 3-D молекула: глутатион; глутатионның тотығуы Gly-Ala Ala-Ala Gly-Gly Ala-Gly Егер N-соңғыда болуы керек амин қышқылы (бұл жағдайда глицин) қорғалған болса, ол пептидтік байланыс түзуге қатыса алмайды. Егер амин қышқылының карбоксил тобы екінші амин қышқылын қосар алдында амин тобы бар амин қышқылын қосу арқылы белсендендірілген болса (бұл жағдайда аланин), онда ол глициннің белсендендірілген карбоксил тобымен əрекеттеседі. Амин қышқылдарындағы амин тобын қорғау үшін жиі қолданылатын реагент ол екі-үшіншілік-бутил екі карбонат. Оның танымалдылығы қорғаушы топтың қорғаныс қажеттілігі аяқталғаннан кейін жеңіл бөлінетіндігінде. екі-үшіншілік-бутил екі карбонат 256

257 Карбоксил тобын белсендендіруші ретінде жиі қолданылатын реагент дициклогексилкарбодиимид (ДЦК). ДЦК бөлінетін топты карбонилді көміртегіне қою арқылы карбоксил тобының белсенділігін арттырады. Осыдан кейін амин қышқылында N- соңғы тобы қорғалған жəне С-соңғы тобының белсенділігі арттырылған болады да, екінші амин қышқылы қосылады. Екінші амин қышқылының қорғалмаған амин тобы белсенділігі арттырылған карбоксил тобын шабуылдайды да, нəтижесінде жаңа пептидтік байланыс түзіледі. N-соңғы амин қышқылында қорғалған амин тобы жəне карбоксил тобының белсенділігі арттырылған болуы керек. 257

258 Амин қышқылдары өсіп келе жатқан С-соңғы амин қышқылына екі сатымен қосылады: С-соңғы амин қышқылы пептидінің карбоксил тобын ДЦК-пен өңдеу жəне жаңа амин қышқылын қосу. N-қорғалған дипептид N-қорғалған трипептид Тізбекке қажетті амин қышқылының мөлшері қосылғаннан кейін N-соңғы амин қышқылындағы қорғаушы топ бөлінеді. Теориялық жағынан қарағанда қажетті бір пептид түзілуі керек. Реакция нəтижесінде 100% өнім түзілмейді жəне өнімді өңдеу кезінде шығын да болады. Синтездің əр сатысынан кейін қалған реагенттермен жанама реакциялар жүрмеуі үшін пептид тазалануы керек. Егер əр амин қышқылы 80% шығыммен өсіп келе жатқан пептидтік тізбекке қосылатын болса, нонапептидтің жалпы шығымы тек 17% болады. Яғни, үлкен полипептидтер бұл жолмен синтезделмейді. Амин қышқылдарының саны Орташа шығымы 80% 64% 51% 46% 41% 33% 26% 21% 17% 258

259 1980 жылдардың басында ақуыздарды гендік инженерия əдісімен синтездеу мүмкін бола бастады. Бактериялық жасушаға енгізілген ДНҚ тарамдары қажетті ақуыздың мөлшерін тудырады (20.12-бөлім). Мысалы, адам инсулинінің жаппай мөлшері генетикалық модифицирленген E.coli. бактериясынан алынады. ТƏТТІ ДƏМДЕУІШТЕР Аспартам сияқты синтетикалық тəтті дəмдеуіштер (15.17-бөлім) L-аспартат жəне L-фенилаланин дипептидінің метил эфирі. Аспартам глюкозадан 200 есе тəтті. Ал осы дипептидтің этил эфирінің, керісінше тəтті дəмі жоқ. Егер D-амин қышқылын аспартамның кез келген L-амин қышқылына алмастырса, нəтижесінде түзілетін дипептид ащы болады. аспартам тəтті дəмдеуіш 17-ЖАТТЫҒУ Валин мен N-қорғалған лейцин қоспасын қыздырса қандай дипептид түзіледі? 18-ЖАТТЫҒУ Егер тізбекке амин қышқылын қосқанда шығым 70% болса, нонапептидтің жалпы шығымын есептеңіздер? 16.8 АҚУЫЗДАРЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫНА СИПАТТАМА Ақуыздардың төрт түрлі құрылымы болады. Ақуыздың біріншілік құрылымында амин қышқылдары тізбекте барлық дисульфидтік көпіршелер арқылы ретпен орналасқан. Екіншілік құрылымы ақуыздың бөліктері бұралып реттелген конфигурациямен сипатталады. Үшіншілік құрылымда толық полипептид үш өлшемді құрылымда болады. Егер ақуызда бірден көп полипептидтік тізбек болса, ол төртіншілік құрылымды болады. Ақуыздың төртіншілік құрылымында оның жеке тізбектері бір-біріне қатысты орналасады. 259

260 БІРІНШІЛІК ҚҰРЫЛЫМ ЖƏНЕ ЭВОЛЮЦИЯ Ғалымдар ағзада əртүрлі қызмет атқаратын ақуыздың негізгі құрылымдарын қарастырғанда олар ақуыздың құрамындағы аминқышқылдарының мөлшерін əр түрлерінің арасындағы таксономиялық жақын қатынасты анықтаған. Мысалы, с цитохромы биологиялық тотығуда электрондарды тасымалдайтын 100 амин қышқылы қалдықтары бар ақуыз. Ашытқының с цитохромы жылқының с цитохромынан 48 амин қышқылымен өзгешеленеді. Ал үйрек с цитохромы тауықтың с цитохромынан тек екі амин қышқылына өзгешеленеді. Осылайша, үйрек жəне тауықтар таксономиялық жағынан жылқы мен ашытқыға қарағанда бір-біріне жақын болады. Осыған ұқсас тауық пен күркетауықтың с цитохромдарының біріншілік құрылымдары бірдей. Жылқылар мен шимпанзенің де с цитохромдары макаканың с цитохромынан бір амин қышқылы бойынша өзгешеленеді ПЕПТИДТЕР НЕМЕСЕ АҚУЫЗДАРДЫҢ БІРІНШІЛІК ҚҰРЫЛЫМДАРЫН АНЫҚТАУ N-соңғы амин қышқылды пептид немесе ақуызды идентификациялайтын əдіс ақуыздың Эдман реагенті деп аталатын фенилизотиоцианатымен (ФИТЦ) реакциясы. Бұл реагент N-соңғы амин қышқылының амин тобымен əрекеттесіп, ФТН-амин қышқылын бөліп пептид бір амин қышқылына азаяды. Əр амин қышқылында əртүрлі орынбасар болатындықтан (R), əр қышқылдан түрлі ФТН-амин қышқылдары түзіледі. Нақты ФТН-амин қышқылы белгілі стандарттарды қолдану арқылы хроматография əдісімен идентификацияланады. Ақуыз Эдман əдісі бойынша сатылы түрде бірнеше деградатацияланады. Секвенатор деген атпен белгілі автоматтанған прибор Эдман əдісі бойынша 50 сатылы деградацияны орындай алады. Барлық негізгі сатыларының бəрі толық анықталмайды, бірақ қосымша өнімдер ретінде алынған нəтижелерге əсер етеді. 260

261 Ө М І Р Б А Я Н Инсулин негізгі тізбектері анықталған алғашқы ақуыз. Оны 1953 жылы Фредерик Сэнгер анықтаған. Ол осы еңбегі үшін 1958 жылы Нобель сыйлығына ие болған. Сэнгер 1918 жылы Англияда дүниеге келген. Кембридж университетінде философия докторы атағын алып, сол жерде қызмет еткен. Сондай-ақ ол 1980 жылы ДНК молекуласының (нуклеотидтердің 5375 жұбы) тізбектерін зерттегені үшін химия саласы бойынша Нобель сыйлығының үлескері атанған (20.10-бөлім). 19-ЖАТТЫҒУ Инсулиннің біріншілік құрылымын анықтағанда бірден көп полипептидтік тізбектің түзілетіндігі жайлы қандай қорытынды жасауға болады? N-соңғы амин қышқылы анықталғаннан кейін ақуыздың үлгісі сұйытылған қышқылмен гидролизге ұшыратылады. Бұл жартылай гидролиз деп аталатын өңдеу тек кейбір пептидтік байланыстарды ғана гидролиздейді. Алынған бөлшектерді бөліп, амин қышқылдық құрамын электрофорез немесе амин қышқылдық анализаторда анықтайды (16.2-бөлім). Бастапқы ақуыз тізбектері бөлініп, пептидтерге құралып, қаптасу нүктелерін іздестіреді. ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Нонапептид жартылай гидролизге түсіп, амин қышқылдық құрамы төменде көрсетілгендей пептидтер түзіледі. Бұзылмаған нонапептидтің Эдман реагентімен реакциясынан ФТН-лейцин түзіледі. Нонапептидтің тізбектері қандай? 1. Pro, Ser 3. Met, Аlа, Leu 5. Glu, Ser, Val Pro 7. Met, Leu 2. Gly, Glu 4. Gly, Ala 6. Glu, Pro, Gly 8. His, Val Себебі, біз білеміз N-соңғы амин қышқылы лейцин, сондықтан құрамында лейцин болатын бөлікті іздеуіміз керек. Бізге (7) бөлік метиониннің лейцинмен қатар тұрғанын жəне (3) фрагментте аланиннің бар екендігін глутаминнің аланиннің қатар орналасқандығын көрсетеді. Енді біз аланин бар бөлікті іздейміз. (4) бөлікте аланин бар жəне ол глутаматтың аланинмен қатар екендігін білдіреді. Біз (2) бөліктен глутаматтың алыс орналасқандығын көреміз. (5) жəне (6) бөліктерде де глутамат бар. (5) бөліктегі үш амин қышқылы бізге өсіп келе жатқан пептидті тізбекті (Ser, Val, Pro) көрсетеді, бірақ (6) бөлікте тек бір қышқыл бар, сондықтан (6) бөліктегі пролин келесі амин қышқылы болады. 261

262 (1) бөлік бізге келесі амин қышқылы серин екендігін көрсетеді. Енді біз (5) бөлікті қолданамыз. (5) бөлік келесі қышқыл валин екенін көрсетеді жəне (8) бөлік гистаминнің соңғы (ссоңғы) амин қышқылы екендігін көрсетеді. Сонымен нонапептидтегі амин қышқылдарының тізбегі келесідей болады: Leu -Met -Ala- Gly -Glu- Pro -Ser- Val -His Енді 20-жаттығуға ауысайық. 20-ЖАТТЫҒУ Декапептид жартылай гидролизге түсіп, амин қышқылдық құрамы келесідей болатын пептидтер алынады. Реакция Эдман реагентімен ФТН-глутамин түзеді. Декапептидтің тізбегі қандай болады? а. Ala, Trp б. Pro, Вал г. Trp, Ala, Arg д. Glu, Ala, Leu ə. Вал, Pro, Asp в. Ala, Glu ғ. Arg, Gly е. Met, Pro, Leu, Glu C-соңғы амин қышқылды пептидтер немесе ақуыздар карбоксипептидаза А ферментімен өңдеу арқылы анықталады. А пептидаза пептидтік байланыс гидролизін катализдейтін фермент. Карбоксипептидаза А С-соңғы пептидтік байланыс гидролизін катализдейді де, егер аргинин немесе лизин болмаса С-соңғы амин қышқылы бөлінеді. Трипсин мен химотрипсин арнайы пептидтік байланыстардың гидролизін катализдейтін пептидазалар (16.4-кесте). Мысалы, трипсин тек аргинин мен лизин С-бүйір тізбекте (оң жақта) болатын пептидтік байланысты катализдейді. 262

263 16.4-кесте. Пептид немесе ақуыздың ыдырау сипаты Реагент сипаттамасы Химиялық реагенттер Эдман реагенті N-соңғы амин қышқылын бөледі Бромциан С-жақтағы метионинді гидролиздейді Пепсидаза* Карбоксипептидаза С-соңғы амин қышқылдарын (аргинин мен лизиннен басқа) бөледі Трипсин С-жағындағы аргинин мен лизинді гидролиздейді Химотрипсин Ароматты алты мүшелі сақиналары бар (Phe, Tyr, Trp) С-амин қышқылды жағын гидролиздейді * Егер пролин гидролизденбесе ыдырамайды. Осылайша, трипсин гексапептид, дипептид жəне екі трипептид түзу арқылы келесі үш пептидтегі пептидтік байланыстарды катализдейді. Химотрипсинде ароматты алты мүшелі сақиналары бар (Phe, Tyr, Trp) пептидтік байланыстың С-амин қышқылды жағын катализдейді. Егер гидролиз аймағында пролин болмаса пептидаза пептидтік байланыстың гидролизін катализдемейді. Бұл ферменттер гидролизді формасы мен зарядына сəйкес жерін таңдайды жəне пролиннің сақиналы формасы белгісіз үш өлшемді құрылымын гидролизге ұшыратады (17.1-бөлім). 3-D Молекула: Карбоксипептидаза 263

264 Бромды циан (BrC N) метионин қалдығы бар пептидті байланысты С-жағынан гидролиздейді. Бромды циан фермент емес, сондықтан субстратты өз формасында қабылдамайды жəне пролин ыдырайтын жақта орналасса, пептидтік байланысты бəрібір ыдыратады. Бромциан қатысында пептидтік байланыстың ыдырау механизмі берілген. төменде нуклеофилділігі жоғары метиониннің күкірт атомы цианогенбромидтің көміртегін шабуылдайды. метиленді топқа оттегінің нуклеофилді шабуылы нəтижесінде əлсіз негіздік топ бөлініп, бес мүшелі сақина түзіледі. иминнің қышқыл катализаторы қатысындағы гидролизінен ақуыз ыдырайды (12.7-бөлім). 264

265 Ары қарай гидролиз карбоксил жəне спирттік топтардың ашылуына əкелетін сақиналы күрделі эфирдің түзілуіне əкеледі (11.9-бөлім). 21-ЖАТТЫҒУ Көрсетілген реагенттердің ыдырау нəтижесінде қандай пептидтер түзіледі: а. His- Lys- Leu-Val -Glu- Pro-Arg -Ala- Gly -Ala трипсин бойынша ə. Leu- Gly -Ser -Met- Phe-Pro- Tyr -Gly- Val химотрипсин бойынша 22-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Келесі мəліметтер бойынша полипептидтегі амин қышқылы тізбектерін анықтаңыздар: Қышқылдық гидролизден Ala, Arg, His, 2 Lys, Leu, 2 Met, Ser, Тре, Вал түзіледі. Карбоксипептидаза қатысында валин түзіледі. Эдман реагентімен реакциядан ФТН лейцин алынады. Бромды циан қатысында ыдырағанда амин қышқылдық құрамы келесідей болатын үш пептид алынады: 1. His, Lys, Met 2. Тре, Вал 3. Ala, Arg, Leu, Lys, Met, Ser Трипсин қатысындағы гидролизден үш пептид жəне бір амин қышқылы түзіледі: 4. Arg, Leu, Ser 5. Met, Тре, Вал 6. Lys 7. Ala, His, Lys, Met ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Орындалу жолы. Қышқыл катализатор қатысындағы гидролиз полипептид құрамында 11 амин қышқылы болатындығын көрсетеді. Лейцин N-соңғы амин қышқылына жатады (Эдман реагенті бойынша анықталған) жəне валин С-соңғы қышқыл болады (карбоксипептидаза А көмегімен анықталған). Бромды цианмен С-метионин жағы ыдырайтындықтан, құрамында метионині бар кез келген пептид жəне метионині жоқ пептид С-соңғы пептид болуы керек. Біз 3 пептидтің құрамында лейцин болғандықтан, оның N-соңғы пептид екендігін білеміз. Бұл гексапептид болғандықтан, пептидте алты амин қышқылы бар, ал полипептидтегі он бірінші амин қышқылы метионин. Біз, сондай-ақ тоғызыншы амин қышқылының метионин екендігін білеміз. Себебі, бромцианмен ыдырағанда треонин мен валин дипептидін береді. Бромды циан қатысындағы гидролиз тоғызыншы қышқылдың треонин екендігін көрсетеді. 265

266 Трипсин құрамында С-соңғы қышқылы аргинин мен лизин болатын кез келген пептидті С-аргинин жəне лизин жағынан ыдыратады. Осылайша аргинин 4-пептидтегі С-соңғы қышқыл, ал алдыңғы үш қышқылдар лейцин-серин-аргинин. Сондай-ақ, біз лизин мен аланиннің жақын қышқылдар екендігін де білеміз. Себебі, егер олар аланин-лизин болса трипсинмен ыдырағанда аланин, лизин дипептиді түзіледі. Трипсин, сонымен қатар гистидин мен лизиннің де орнын анықтайды. 23-ЖАТТЫҒУ Келесі мəліметтер бойынша октапептидтің негізгі құрылымын анықтаңыздар: Қышқылдық гидролизден 2 Arg, Leu, Lys, Met, Phe, Ser, Тyr түзіледі. Карбоксипептидаза қатысында Ser түзіледі. Эдман реактивінен лейцин түзіледі. Бромды циан қатысында амин қышқылдық құрамы келесідей болатын екі пептид түзіледі: 1. Arg, Phe, Ser 2. Arg, Leu, Lys, Met, Tyr Трипсин қатысында төмендегідей екі амин қышқылы мен екі пептид тізіледі: 3. Arg 4. Ser 5. Arg, Met, Phe 6. Leu, Lys, Tyr АҚУЫЗДЫҢ ЕКІНШІЛІК ҚҰРЫЛЫМЫ Ақуыздардың екіншілік құрылымы пептид немесе ақуыздың негізгі тізбегіндегі сегменттердің қайталанатын конформациясын сипаттайды. Басқаша айтқанда, екіншілік құрылым сегменттердің қайталануын сипаттайды. Конформация пептидтік топтар арасындағы сутектік байланыстар арқылы тұрақталады, яғни бір амин қышқылындағы азотпен байланысқан сутегі мен екінші амин қышқылындағы карбонилді топттың оттегі арасында түзіледі. (3.7-бөлім). 266

267 α-спираль Екіншілік құрылым спиральдің бір түрі α-спираль. α-спиралі ақуыз молекуласы осінің айналасында полипептидтік катушканың негізі. Аминқышқылдарының α-көміртегіндегі орынбасарлар спиральдің сыртына шығып тұрады да, кеңістіктік кедергіні азайтады (16.7а-сурет). Спираль сутектік байланыстармен тұрақталады; амидтік азотқа қосылған əр сутегі атомы алыс тұрған төртінші амин қышқылының карбонилді оттегімен байланысады (16.7ə-сурет). а. ə. б. сутектік байланыс 16.7-сурет (а) спиральдағы ақуыз сегменті. (ə) спираль пептидтік топтар арасындағы сутектік байланыстармен тұрақталған. (б) α-спиральдің осі бойымен көрінісі. β-қатпарлы қабаттар Екіншілік құрылымның екінші түрі қатпарлы қабаттар. β-типті қатпарлы қабаттарды еске түсіретін полипептидтің негізгі иірленген құрылымы. β-типті қатпарлы қабаттардағы сутектік байланыстар көрші пептидтік тізбектер арасында түзіледі (16.8-сурет). 267

268 N-соңғы С-соңғы С-соңғы N-соңғы 16.8-сурет Суреттегі β-қатпарлы жолақтың сегменті оның қатпарлану сипатын көрсетеді. Көрші тізбектегі амин қышқылдарының α-көміртегіндегі орынбасарлар (R) β-қатпарлы қабаттар бірбіріне жақын орналасқан. Егер сутекті байланыстардың өзара əрекеттесуін көбейтетіндей тізбектер бір-біріне өте жақын орналасатындай болса, ондағы орынбасарлар аса үлкен болмауы керек. Мысалы, жібекте аса үлкен емес амин қышқылдары (глицин жəне аланин) өте көп, сондықтан β-қатпарлы қабаттардың сегменттері өте үлкен болады. Жүн мен бұлшық еттің талшықты ақуызы α-спиральді екіншілік құрылымдық ақуыздарға мысал бола алады. Сондықтан мұндай ақуыздар созылмалы болады. Бұған керісінше жібек жəне тор сияқты қатпарлы жолақтар түріндегі екінші құрылымдық ақуыздар созылмайды. Себебі, β-қатпарлы қабаттар толық созылып кеңейген. 3-D молекула: α-спираль 3-D молекула: β-қатпарлы қабаттар Протеиннің негізгі осінің жартысынан азы белгілі α-спиральді немесе β- қатпарлы қабатты екіншілік құрылыммен орналасқан. Ақуыздың қалған бөлігінің көпшілігі сипаттауы қиын ретсіз орналасқан (16.9-сурет). 268

269 16.9-сурет А карбоксипептидаза құрылымының қаңқасы: спиральді сегменттер күлгін түсті; немесе қатпарлы қабаттары N-C бағытын көрсететіндей жалпақ жасыл меңзермен белгіленген АҚУЫЗДЫҢ ҮШІНШІЛІК ҚҰРЫЛЫМЫ Ақуыздың үшіншілік құрылымы ақуыз молекуласындағы барлық атомдардың үш өлшемде орналасуын көрсетеді (16.10-сурет). Ақуыз ерітіндіде тұрақтылығын арттыру үшін реттсіз күйде болады. Тұрақтану əр жолы екі атомның өзара əрекеттесуі арқылы жүргенде бос энергия бөлініп отырады. Бос энергия неғұрлым көп бөлінсе ақуыз соғұрлым тұрақты болады. Сол себептен ақуыз тұрақтандыратын əсерлері максималды болатындай жағдайда болады. Ақуыздардың тұрақтандырушы əсерлері олар дисульфидтік жəне сутектік байланыстар, электростатикалық тартылыс күші (аттас зарядтар арасындағы тартылыс), гидрофобты əрекеттесу (полюссіз топтар арасындағы тартылыс). Тұрақтандырушы əсерлесу пептидтік топтар арасында (ақуыздың негізгі тізбегіндегі атомдар), бүйір тізбектегі топтар арасында (α-орынбасарлар), сондай-ақ пептидтік байланыстар мен бүйір тізбектегі топтар арасында жүреді (16.11-сурет). Бүйір тізбектегі топтар ақуыздың қатпарларын, үшіншілік құрылымы оның біріншілік құрылымдарын анықтайды. Ақуыздардың басым көпшілігі сулы ортада болады. Сондықтан судағы полюсті топтардың максималды саны ақуыздың айналасында, ал полюссіз топтар одан алшақ орналасады. 269

270 Ө М І Р Б А Я Н Ө М І Р Б А Я Н Макс Перутс ( ) Австрияда дүниеге келген жылы нацизмнің артуына байланысты ол Англияға көшіп, Кембридж университетінде философия докторы атағын алып, сол жерде профессор қызметін атқарған жылы Джон Кендрю екеуі химия саласы бойынша Нобель сыйлығын алған. Олар рентген сəулесін ақуыздардың үшіншілік құрылымын анықтау үшін алғаш рет қолданған. Джон Кендрю ( ) Англияда дүниеге келген жəне Макс Перутц гемоглобиннің құрылысын зерттеп (1959 жылы аяқтаған) қызмет жасаған Кембридж университетінде білім алған. Перутц кішкентай ақуыз миоглобинмен жұмыс жасауды бастап, кейіннен оны 1957 жылы Кендрю аяқтайды сурет А карбоксипептидазының үш өлшемдік құрылымы 270

271 16.11-сурет Ақуыздың үшіншілік құрылымына жауапты өзара əрекеттесудің тұрақтануы. 24-ЖАТТЫҒУ Суда еритін ақуызбен салыстырғанда мембрана ішіндегі ақуыздың айырмашылығы қандай? (Көмекке: мембраналар полюссіз, 19.4-бөлімді қараңыздар) АҚУЫЗДАРДЫҢ ТӨРТІНШІЛІК ҚҰРЫЛЫМЫ Кейбір ақуыздарда бірнеше пептидтік тізбектер болады. Жеке тізбектер суббірліктер деп аталады. Суббірліктер ақуыздың жеке тізбектерін үш өлшемді конформацияда гидрофобтық əрекеттесу, сутектік байланыстар жəне электростатикалық тартылыстар сияқты өзара əсерлесулер нəтижесінде болады. Ақуыздардың төртіншілік құрылымы суббірліктердің кеңістікте орналасу тəсілдерін сипаттайды. Мысалы, гексамер сияқты алты суббірліктің мүмкін болатын механизмі төменде көрсетілген: 271

272 гексамердің мүмкін болатын төртінішілік құрылымдары Гемоглобин төрт суббірліктерден тұрады; оның төртінішілік құрылымы суретте көрсетілген сурет Гемоглобиннің төртінші реттік құрылымының көрінісі. Қоңыр сары жəне жасыл түстер полипептидтік тізбектерді көрсетеді; Бірдей екі қызғылт сары жəне екі жасыл түсті суббірліктер бар. Порифириннің екі сақинасының (сұр шарлар; (8.3-бөлім) темірмен (қызғылт) жəне оттегімен байланысқанын (қызыл) көруге болады. 25-ЖАТТЫҒУ а. Не себепті суда еритін ақуыз немесе суббірліктерде полюсті аминқышқылдарының: сфералық ақуыз, зигзаг тəрізді ақуыз, гексамер суббірліктерінің үлесі көп болады? ə. Қандай жағдайда полюсті амин қышқылдарының үлесі аз болады? 272

273 16.13 АҚУЫЗДАРДЫҢ ДЕНАТУРАЦИЯСЫ (ҰЮУЫ) Жоғарғы дəрежедегі құрылған ақуыздың үшіншілік құрылымының бұзылуы денатурация деп аталады. Ақуыздың үшіншілік құрылымын ұстап тұратын байланыстардың үзілуі ақуыздың денатурациялануына (бұзылуына) əкеледі. Бұл байланыстар əлсіз болғандықтан, ақуыздар жеңіл денатурацияланады. Ақуыздардың денатурациялануының келесідей кейбір жолдары бар: рн өзгеруінен ақуыз денатурацияланады, себебі бұл бүйір тізбекке жұмсалатын күшті өзгертеді. Сонымен қатар бұл электростатикалық тартылыспен сутектік байланыстарды бұзады. Мочевина сияқты реагенттер ақуыздар түзілетін топтар арасындағы сутектік байланыстарға қарағанда ақуыздық топтар арасындағы күшті сутектік байланыстарды үзіп ақуызды денатурациялайды. Органикалық еріткіштер гидрофобтық əрекеттесуді бұзып, ақуыздарды денатурациялайды. Ақуыздар, сондай-ақ тартылыс күші үзілетін жылу немесе жылжу əсерінен де денатурацияланады. Бұған жұмыртқа ақуызының қыздырғанда немесе көпірткенде байқалатын өзгерісі жақсы мысал бола алады. ҚОРЫТЫНДЫ Пептидтер жəне ақуыздар дегеніміз пептидтік (амидтік) байланыстармен қосылған амин қышқылдарының полимерлері. Дипептидте екі амин қышқылының қалдығы, ал полипептидте бірнеше амин қышқылдарының қалдықтары болады. Ақуыздардың құрамында амин қышқылдарының қалдықтары болады. Амин қышқылдары өзара α-көміртегіндегі орынбасарлар бойынша өзгешеленеді. Табиғатта кездесетін амин қышқылдарының басым көпшілігі L-конфигурацияда болады. Амин қышқылдарының карбоксил топтарының рк а мəні 2-ге тең жəне протонданған амин қышқылдарының рк а мəні 9-ға тең. Физиологиялық рн-та амин қышқылдары цвиттер ион түрінде кездеседі. Амин қышқылдарының изоэлектрлік нүктесі амин қышқылдарының заряды болмайтын рн мəні. Амин қышқылдарының қоспасы изоэлектрлік нүктелеріне байланысты электрофорез əдісімен бөлінеді. Жеке амин қышқылдарын бөлу ион алмастырғыш хроматография əдісімен жүргізіледі. Амин қышқылдарының анализаторы ион алмастырғыш хроматографияны автоматтандыратын аспап. Амин қышқылдарының қалдықтарындағы амидтік байланыстар пептидтік байланыстар деп аталады. Цистеиннің екі қалдығы құрамында екі дисульфидтік көпіршесі бар цистинге дейін тотығады. Пептидтер мен ақуыздарда бос амин топтары тізбектің сол жағында (N-соңғы амин қышқылдары) жəне бос карбоксил топтары (С-соңғы амин қышқылдары) тізбектің оң жағына жазылады. Пептидтік байланыстарды синтездеу үшін N-соңғы амин қышқылдарындағы амин тобы (ди-үшіншілік бутил дикарбонатпен) жəне С-соңғы тобы (ДЦК) қорғалған болуы керек. Екінші амин қышқылы дипептидке қосылады. Амин қышқылдары өсіп келе жатқан С-соңғы амин қышқылының тізбегіне екі сатыда 273

274 қосылады: карбоксил тобынының белсенділігін ДЦК қосып арттыру жəне жаңа амин қышқылын қосу. Ақуыздардың біріншілік құрылымы бойынша амин қышқылдары дисульфидтік көпіршелер арқылы тізбектеліп орналасады. Пептидтің немесе ақуыздың N- соңғы амин қышқылы Эдман реагенті бойынша идентифицирленеді; С-соңғы амин қышқылдары А карбоксипептидазамен идентификацияланады. Жартылай гидролиз бойынша пептидтік байланыстардың кейбіреулері ғана гидролизденеді. Пептидаза пептидтік байланыстарды гидролиздейді. Ақуыздың екіншілік құрылымы протеин қаңқасындағы сегменттердің орналасуын сипаттайды. α-спираль жəне β-қатпарлы қабаттар екіншілік ақуыз құрылымының түрлері. Ақуыз тұрақтандырушы əсерлесудің: дисульфидтік көпірше, электростатикалық тартылыс жəне гидрофобтық əрекеттесу санын максималды арттыратындай орамдалады. Ақуыздың үшіншілік құрылымы ақуыздағы барлық атомдардың үш өлшемде орналасуын көрсетеді. Ақуыздардың төртіншілік құрылымы суббірліктердің бір-біріне қатысты орналасуын көрсетеді. ЖАТТЫҒУЛАР 26. Келесі амин қышқылдарының физиологиялық рн ортада (7,3) көп мөлшерде болатын формаларын көрсетіңіздер: а. лизин ə. аргинин б. тирозин 27. Сериннің изоэлектрлік нүктесі неге тең? 28. Көрсетілген реагент қатысында ыдырату нəтижесінде түзілетін пептидтерді көрсетіңіздер: а. Val- Arg-Gly- Met -Arg -Ala- Ser А карбоксипептидаза қатысында ə. Ser -Phe- Lys -Met- Pro -Ser -Ala- Asp бромды циан қатысында б. Arg -Ser- Pro-Lys -Lys -Ser- Glu-Gly трипсин қатысында 29. а. L-аспартат (R)-аспартат немесе (S)-аспартат изомерлерінің қайсысына жатады? ə. Жалпы D жəне L қатарларында R жəне S изомерлері бола ма? 30. Аспартамның изоэлектрлік нүктесі 5,9. Оның физиологиялық рн ортадағы кең тараған формасын көрсетіңіздер. 31. Келесі ортадағы аспартамның көп мөлшерде болатын формасын сызыңыздар: а. рн = 1,0 б. рн = 6,0 ə. рн = 2,6 в. рн = 11,0 32. а. Не себепті бүйір тізбектегі глутаматтың рк а мəні бүйір тізбекте орналасқан аспартамның рк а мəнінен көп болады? ə. Не себепті бүйір тізбектегі аргининнің рк а мəні бүйір тізбекте орналасқан лизиннің рк а мəнінен көп болады? 33. Физиологиялық рн ортада 0,1М глицин-глицин-глицин буфері немесе 0,2М глицин ерітіндісінің қайсысының эффективтілігі жоғары болады? 34. а. рн 11 тек аргиннің бір азот атом ғана протонданады. Ол қайсысы? 274

275 ə. рн=5, бес мүшелі гистидин сақинасындағы бір азот атомы ғана протонданады? Ол қайсысы? (Көмекке: Локализацияланған электрондар делокализацияланған электрондарға қарағанда протондануға бейімдеу келеді). аргинин гистидин 35. Lys-Ser-Asp-Cys -His-Tyr гексапептидінің келесі ортадағы орналасуы мен заряд түрін анықтаңыздар: а. рн=7 ə. рн=5 б. рн=9 36. Қандай амин қышқылы рн=6,20 біршама теріс зарядталған? ə. Глицин немесе метиониннің қайсысы рн=6,20 біршама теріс зарядталған? суретте көрсетілген ион алмастырғыш шайырмен толтырылған колонкағадағы келесі амин қышқылдары жұбының элюирлену (рн 4 буфермен) ретін түсіндіріңіздер: а. аспартаттан серинге дейін ə. глицин аланиннің алдында б. валин лейциннің алдында в. тирозин фенилаланинге дейін 38. Полипептидтің А карбоксилазамен реакциясынан метионин түзіледі. Полипептид жартылай гидролизге ұшырап, келесідей пептидтер түзіледі. Пептидтердің түзілу реті қандай? а. Ser, Lys, Trp в. Leu, Glu, Ser д. Glu, His ж. Glu, His, Val ə. Gly, His, Аlа г. Met, Ala, Gly е. Leu, Lys, Trp з. Trp, Leu, Glu б. Glu, Val, Ser ғ. Ser, Lys, Val ё. Lys, Ser к. Аlа, Met 39. Глициннің рк а 2,3 жəне 9,6. Сіздер қалай ойлайсыздар глицин-глициннің рк а мəні осы шамадан жоғары əлде төмен бола ма? 40. Төмендегі полипептидтер трипсинмен гидролизденеді: Gly -Ser- Asp -Ala- Leu- Pro -Gly- Ile- Thr -Ser- Arg- Asp-Val -Ser- Lys -Val- Glu- Tyr -Phe- Glu -Ala- Gly- Arg -Ser- Glu -Phe- Lys- GluPro -Arg- Leu- Tyr- Met- Lys -Val- Glu-Gly -Arg- Pro -Val- Ser -Ala- Gly -Leu- Trp а. Пептидтен қанша фрагменттер алынады? ə. Фрагменттер қандай ретпен анион алмастырғыш хроматографияда рн=5 буфермен элюирленеді? 41. Полипептидтегі дисульфидтік көпірше бұзылғаннан кейін бірінші тізбегі келесідей болатын екі полипептидтер түзіледі: Val -Met- Tyr -Ala- Cys -Ser- Phe- Ala-Glu- Ser Ser -Cys- Phe- Lys -Cys- Trp-Lys -Tyr -Cys- Phe-Arg -Cys- Ser а. Бастапқы полипептидті химотрипсинмен ыдыратса келесідей пептидтер алынады: а. Аlа, Glu, Ser ə. 2 Phe, 2Cys, Ser б. Tyr, Val, Met г. Arg, Ser, Cys д. Ser, Phe, 2Cys, Lys, Ala, Trp 275

276 е. Tyr, Lys Бастапқы полипептидте қанша дисульфидтік көпірше болатынын анықтаңыздар? 42. Келесі мəліметтер бойынша полипептидтегі амин қышқылы тізбектерін анықтаңыздар: а. пептидтің толық гидролизінен келесідей амин қышқылдары алынады: Ala, Arg, Gly, 2 Lys, Met, Phe, Pro, 2 Ser, Tyr, Val. ə. Эдман реагентімен ФТН-Val түзіледі. б. А Карбоксипептидаза қатысында Аlа түзіледі. в. Бромды цианмен келесідей екі пептид түзіледі: 1. Ala, 2 Lys, Phe, Pro, Ser, Tyr 2. Arg, Gly, Met, Ser, Val г. Трипсин қатысында келесі үш пептид түзіледі: 1. Gly, Lys, Met, Tyr 2. Аlа, Lys, Phe, Pro, Ser 3. Аrg, Ser, Val ғ. Химотрипсин қатысында үш пептид түзіледі: 1. 2 Lys, Phe, Pro 2. Аrg, Gly, Met, Ser, Tyr, Val 3. Ala, Ser 43. Аспартамды қышқыл катализаторы қатысында гидролиздесе (260-бет) қандай өнімдер алуға болады? 44. Доктор Ким С. Ағашқа өзінің қолтаңбасын қалдырып, Lys-Lys-Lys трипептидінің изоэлектрлік нүктесінің 10,6 екендігін көрсеткен. Студенттерінің бірі оның есептеулерінде қате болуы мүмкін деп көрсеткен, себебі лизиннің амин топтарының рк а мəні 10,8 жəне трипептидтің изоэлектрлік нүктесі кез келген жеке амин қышқылдарының рк а мəнінен жоғары деп. Студенттің ойы дұрыс па? 45. Leu-Phe-Lys-Val тетрапептид синтезінің сатыларын көрсетіңіздер. 46. а. Егер тізбекке əр амин қышқылын қосқанда шығымы 80% болса нонапептидтің жалпы шығымын есептеңіздер. ə. Егер тізбекке əр амин қышқылын қосқанда шығымы 80% болса, 15 амин қышқылы қалдығынан тұратын пептидтің жалпы шығымын есептеңіздер. 47. Не себепті пролин α-спиральді формада болмайды? 48. Келесі қосылыстардың қайсысы α-спиральді формада болмайды: аралас екі глутаматтар, аралас екі аспартат, немесе аспартатқа қосылған глутамат. 49. Аланин, серин жəне цистиннің карбоксил топтарының рк а мəндерінің айырмашылықтарын түсіндіріңіздер. 50. Ақуыздың С-соңғы түрі сулы ортада қоршалған ақуыз күйінде болады. Gln, Asp, Ser 2 жəне үш полюссіз амин қышқылдары С-соңғы амин қышқылдарына жатады. Егер сутектік байланыстың түзілуіне 3 ккал/моль, ал судан гидрофобты топты бөлу үшін 4 ккал/моль энергия жұмсалса, келесі жағдайлардағы С-соңғы ақуыздың түзілуін есептеңіздер: а. Əрбір полюсті топ бір молекулаішілік сутектік байланыс түзеді. ə. Екі полюсті топтан басқасы молекула аралық сутектік байланыстар түзеді. 276

277 17-ТАРАУ ФЕРМЕНТТЕРДІҢ КАТАЛИЗАТОР РЕТІНДЕ РЕАКЦИЯНЫ КАТАЛИЗДЕУІ: ДƏРУМЕНДЕРДІҢ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯСЫ фермент субстрат Биологиялық жүйелерде жүретін барлық органикалық реакциялар катализаторды қажет етеді. Биологиялық катализаторлардың көпшілігі глобулярлық ақуыз түріндегі ферменттер (16.0-бөлім). Əрбір биологиялық реакция фермент катализаторы қатысында жүреді. Ферменттер жақсы катализаторлар, олар реакция жылдамдығын есе арттырады. Бұдан бөлек биологиялық емес катализатор қатысындағы реакциялардың белсенділігінен 10 4 есе жоғары болады ФЕРМЕНТТІК РЕАКЦИЯЛАР Фермент катализаторы қатысындағы реакциядағы реагент субстатр деп аталады. субстрат фермент өнім 277

278 Фермент субстратпен белсенді орында қосылады (жоғарыдағы суретті қараңыздар). Нəтижесінде реакция барысындағы барлық бұрынғы байланыстардың үзілуі мен жаңа байланыстардың түзілуі субстраттың белсенді орталықпен байланысуы кезінде жүреді. Биологиялық катализаторлардан ферменттердің өзгешелігі олардың арнайы белгілі бір реакцияларды катализдейтіндігінде (6.14- бөлім). Бірақ ферменттердің барлығының дерлік арнайылық дəрежелері бірдей емес. Олардың кейбіреуі тек бір қосылысқа ғана тəн жəне құрылымдары басқа қосылыстарды катализдемейді. Ал басқа ферменттер құрылымы ұқсас бірнеше қосылыстардың реакцияларында катализатор рөлін атқарады. Ферменттердің субстраттарды таңдауы молекулалық таным, яғни бір молекуланың екінші молекуланы тану қабілеті атты белгілі феноменге мысал бола алады. Ферменттің спецификасы оның конформациясы мен белсенді орталықтағы амин қышқылдарының нақты бүйір тізбектеріне (α-орынбасарларына (16.1-бөлім) байланысты. Мысалы, бүйір тізбектері теріс зарядталған амин қышқылдарын субстраттың оң зарядталған тобымен байланыстыруға болады. Сутектік байланыс доноры болатын бүйір тізбекті амин қышқылын сутектік байланыстардың акцепторы болатын субстратпен, ал бүйір тізбегі бар гидрофобты амин қышқылын субстраттың гидрофобты тобымен байланыстыруға болады. Ферменттердің катализаторлық қабілеттіліктеріне əртүрлі факторлар əсер етеді. Олардың кейбіреулері маңызды болады: Əрекеттесетін топтар реакцияға түсу үшін белсенді орталықта дұрыс бағытталады. Ферменттер құрамындағы амин қышқылдарының кейбір бүйір тізбектері катализатор қызметін атқарады. Олар субстратқа қатысты қажетіне қарай дəл орналасады. Амин қышқылдарының бүйір тізбектері аралық күйде тұрақталады жəне аралық Ван-дер Ваальс күштері, электростатикалық əсерлесу мен сутектік байланыстар олардың түзілуін жеңілдетеді (16.11-бөлім). Енді біз белсенді орталықтағы амин қышқылдарының бүйір тізбектерінің катализдеуші топ ретінде қалай əсер ететінін түсіну үшін ферментпен катализдейтін екі реакция механизмін қарастырамыз. Сіздер бұл реакцияларды қарастырғаннан кейін олардың бұрын қарастырған органикалық реакцияларға ұқсастығын көресіздер. Егер осы тараудағы бөлімдерді қарасаңыздар органикалық химияның көп бөлігінде қарастырылған реакциялардың биологиялық əлемде жүретіндігін көресіздер ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТ-ИЗОМЕРАЗА БОЙЫНША ЖҮРЕТІН РЕАКЦИЯ МЕХАНИЗМДЕРІ Көпшілік ферменттердің атауы «аза» жалғауымен аяқталады жəне ферменттік атауы катализдейтін реакцияны білдіреді. Мысалы, фермент глюкозо-6-фосфатизомераза ферменті глюкоза-6-фосфаттың фруктоза-6-фосфатқа изомерленуін катализдейді. Глюкозаның ашық тізбекті форма альдоз, ал фруктозаның ашық тізбекті формасы кетоз түрінде болатындығын естеріңізге саламыз (15.3 жəне 15.4-бөлім). Осылайша бұл реакцияны катализдейтін глюкозо-6-фосфат-изомераза ферменті альдоздарды кетоздарға түрлендіреді. 278

279 Қанттар ерітіндіде көбінесе сақиналы формада болады, сондықтан фермент қанттың алты мүшелі сақинасын ашып, ол бес мүшелі сақинаға өзгеруі керек. Глюкозо-6-фосфат-изомеразаның белсенді орталығында үш каталитикалық топтар бар. Олардың бірі қышқыл катализатор рөлін жəне екеуі негіздік катализаторлар рөлін атқарады (17.1-сурет). Реакция келесідей жүреді: қышқыл катализатор Жалпы реакция негіз катализатор негіз катализато қышқыл катализатор фруктоза-6-фосфат глюкоза-6-фосфат глюкоза-6-фосфат-изомераза 17.1-сурет Глюкоза-6-фосфаттың фруктоза-6-дифосфатқа изомерлену реакциясының механизмі Реакцияның бірінші сатысы сақинаның ашылуы. Негіздік катализатор (бүйір тізбекті гистидин) С-1-дегі ОН тобынан протонды бөледі жəне қышқылдық катализатор (лизиннің протон - данған бүйір тізбегі) кететін топтың бөлінуімен оның протондануына əсер етіп, оны əлсіз негіз етеді, нəтижесінде кететін топ жеңіл бөлінеді (10.2-бөлім). Реакцияның екінші сатысында негіздік катализатор (глутамат қалдығы) альдегидтің α-көміртегінен протонды бөледі. α-сутегінің біршама қышқыл болатындығын естеріңізге түсіріңіздер (13.1-бөлім). Протон негізбен катализденетін реагенттен бөлінеді Протон қышқылмен катализденетін реакциядағы реагентке беріледі 279

280 келесі сатыда енолды форма кетонға өзгереді (13.3-бөлім). Реакцияның соңғы сатысында бірінші сатыдағы негіздік катализатордың қосарланған қышқылы мен бірінші сатыдағы қышқылдың қосарланған негізінен сақинаның тұйықталуы катализденеді. 1-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Амин қышқылдарының келесідей қосымша бүйір тізбектерінің қайсысы кететін топтың бөлініп протондануына көмектеседі? Шешімі 1 жəне 2 бүйір тізбектерде қышқыл протоны жоқ, сондықтан олар кететін топтың бөлінуіне көмектесе алмайды. 3 жəне 4 бүйір тізбектерде қышқыл протоны бар, сондықтан олар кететін топтың бөлінуіне көмектесе алады. 2-ЖАТТЫҒУ Келесі амин қышқылдарының қайсысының бүйір тізбектері альдегидтің α-көміртегінен протонның бөлінуіне көмектеседі? 17.3 АЛЬДОЛАЗА МЕХАНИЗМІ Ферменттік реакциялардың бірінші жəне екінші түрлеріне арналған субстрат гликолаза (D-глюкоза) алты көміртекті қосылыс (18.4-бөлім). Гликолиздің соңғы өнімі үш көміртекті қосылыстың екі молекуласы (пируват). Осылайша, ферменттік реакциялар тобындағы бір кезде алты көміртекті қосылыс екі-үш көміртекті қосылысқа ыдырауы керек. Альдолаза ферменті осы ыдырауды катализдейді. Альдолаза фруктоза-1,6- дифосфатты 3-фосфат-глицерин альдегиді мен дигидроксиацетон фосфатқа өзгертеді (17.2-сурет). Фермент альдолаза деп аталады, себебі кері реакция альдольді қосылу реакция (13.5-бөлім). Реакция келесідей сатылармен жүреді: Реакцияның бірінші сатысында ферменттің белсенді орталығында фруктоза-1,6-дифосфат имин формасында лизиннің қалдығымен əректтеседі (12.7-бөлім). Тирозин қалдығы негіздік катализатор ретінде С-3 жəне С-4 арасындағы байланыстарды үзеді. Осы сатыда түзілген 3-фосфат-глицерин альдегидінің молекуласы ферменттен бөлінеді. Аралық енамин иминге өзгереді де, тирозин қалдығы қышқыл катализаторы ретінде реакцияға қатысады. Имин гидролизденіп, дигидрокси ацетон фосфаты бөлінеді (12.7-бөлім), ал қалған үш көміртегінен өнім түзіледі. 280

281 имин негіз катализатор Жалпы реакция альдолаза D-фруктоза- 3-фосфат-D- глицерин дигидрокси ацетон 1,6-дифосфат альдегиді фосфат қышқыл катализатор 17.2-сурет Фруктоза-1,6-дифосфатты 3-фосфатглицерин альдегиді мен дигидроксиацетон фосфатына альдолаза ферменті қатысында түрлендіру реакциясының механизмі 3-D молекула: альдолаза 281

282 3-ЖАТТЫҒУ Келесі амин қышқылдарының бүйір тізбектері субстратпен əрекеттесіп имин түзеді? 17.4 КОФЕРМЕНТТЕР МЕН ДƏРУМЕНДЕР Ферменттердің көпшілігі коферменттің көмегінсіз реакцияда катализатор рөлін атқара алмайды. Коферменттер тек амин қышқылдық бүйір тізбектері бойынша катализатор бола алмайтын ферменттердің белгілі бір реакцияда катализатор болуына көмектесетін органикалық молекулалар. Ферменттер субстратпен байланысса, коферменттер белсенді орталықта да болады (17.3-сурет) сурет Ферменттің белсенді орталығындағы субстрат пен коферменттің байланысуы Коферменттер органикалық қосылыстар деп аталатын дəрумендер деген атпен белгілі қосылыстар (17.1-кесте). Дəрумендер ағзада синтезделмейтін, бірақ ағза- 282

283 ның қалыпты жұмыс жасауы үшін аз мөлшерде қажет болатын заттар. Денеде коферменттер дəрумендерден синтезделеді. Бұрынғы тағамдарды зерттеулер нəтижелері бойынша дəрумендер екі класқа жіктеледі: суда еритін жəне суда ерімейтін дəрумендер. А, D, Е жəне К дəрумендері суда ерімейтін дəрумендерге жатады. К дəрумені суда ерімейтін жалғыз дəрумен жəне қазіргі уақытта коферменттің бастапқы қосылысы. А дəрумені көздің дұрыс көруі үшін қажет, D дəрумені кальций мен фосфаттың метаболизмін реттесе, Е дəрументі антиоксидант рөлін атқарады. А, D, Е дəрумендері коферменттер құрамына кірмейді, сондықтан бұл бөлімде қарастырылмайды (бірақ 5.17-бөлімді қараңыздар) кесте. Дəрумендер, олардың коферменттері жəне олар катализдейтін реакциялар дəрумендер коферменттер организмдегі Катализденетін жетіспеушілігінен реакциялар болатын аурулар Ниацин НАД + Тотығу Пеллагра (В 3 дəрумені) НАДН Тотықсыздану Рибофлавин ФАДН 2 Тотығу Терінің қабынуы (В 2 дəрумені) ФАД Тотықсыздану Тиамин (В 1 дəрумені) Тиамин пирофосфат Екі көміртегі тасымалданады Бери-бери Пантотен қышқылы Коэнзим А (К о А) Ацилді тасымалдау - үшін карбон қышқылдарының белсенділігін арттырады Биотин Биотин Карбоксилдеу - (Н дəрумені) Пиридоксин (В 6 дəрумені) Пиридоксал фосфаты Транс аминдеу жəне басқа амин қышқылдарын синтездеу Қаназдық В 12 дəрумені Коэнзим В 12 Изомерлену Зиянды қаназдық Фолий қышқылы Тетрагидрофолат (ТГФ) Бір көміртегі тасымалданады Мегалобласты қан аздық К дəрумені КН 2 дəрумені Карбоксилдеу Ішкі қан кету С дəруменінен басқа барлық суда еритін дəрумендер коферменттердің құрамына кіреді. С дəрумені өзінің атауына қарамастан шындығында да дəрумен емес, себебі ол өте көп мөлшерде қажет жəне ұсақ қоректілер оларды синтездеуге қабілетті (15.15-бөлім). Адамдар мен теңіз шошқаларында С дəрумені синтезделмейді, сондықтан ол олардың тамақ рационында болуы керек. Біз С дəруменінің радикалдық ингибитор екендігін көрдік (5.17-бөлім). Суда еритін дəрумендердің артық мөлшері зиянды, себебі организм белгілі бір мөлшердегі заттың артық мөлшерін ғана жоя алады. Бірақ суда ерімейтін дəрумендердің артық мөлшері зиянды емес, олар организмнен жеңіл бөлініп шығады жəне жасуша мембраналары мен басқа полюссіз дене мүшелерінде жинақталады. Мысалы, D дəруменінен жұмсақ ұлпаларда кальций көбейіп кетеді. Əсіресе, қызметіне кедергі келтіретіндіктен, бүйрек кальцийдің артық мөлшеріне сезімтал келеді. D дəрумені теріде күннің ультракүлгін сəулесі əсерінен болатын фотохимиялық реакциялар нəтижесінде түзіледі. 283

284 В 1 ДƏРУМЕНІ Кристиан Эйкман ( ) 1886 жылы Шығыс Үндістанға авитаминозды зерттеу үшін жіберілген медициналық бригада құрамының мүшесі болады. Сол кезде барлық аурулар микроорганизмдердің əсерінен пайда болады деп жорамалданған. Бери-бери ауруын тудыратын микроорганизм табылмағандықтан, команда Шығыс Үндістаннан қайтып кетеді, бірақ Эйкман жаңадан ашылған бактерологиялық зертхананың директоры болып қалып қояды жылы Эйкман кездейсоқ авитаминоздың себебін осы аурудың белгілерін анықтауда қолданылған тауықтардан ашады. Ол аспазшы тауықтарды ауруханадағы пациенттерге дайындалған күрішпен тамақтандырғанда байқайды. Оның белгілері аспазшы тауықтарға аршылмаған күріштерді бергенде жойылғанын анықтайды. Кейіннен күріштің қабығында тиаминнің (В 1 дəрумені) болатындығы анықталады. Осы жаңалығы үшін Эйкман 1929 жылы Фредерик Хопкинспен бірге физиология жəне медицина саласы бойынша Нобель сыйлығын алады. Кристиан Эйкман «ДƏРУМЕН» ТІРШІЛІК ҮШІН ҚАЖЕТТІ АМИН Сэр Фредерик Г. Хопкинс ( ) Англияда дүниеге келген. Ол алғашқы болып рахит жəне цинга сияқты ауруларының тағам рационындағы заттардың өте аз мөлшері қажет болатыны жетіспеушіліктен пайда болатындығын анықтаған. Осындай тағам рационында қажет қосылыстардың амин екендігі (тиамин, 284-бет) белгілі болған. Сондықтан олар дəрумендер, витаминдер деп аталған («тіршілікке қажетті аминдер»). Кейіннен Хопкинс гипотезасы дəрумендер концепциясы деген атпен белгілі болған жылы ол осы еңбегі үшін физиология жəне медицина саласы бойыша Нобель сыйлығын иеленеді. Сондай-ақ ол ауыстырылмайтын амин қышқылдары концепциясын ашады. 284

285 Фредерик Хопкинс 17.5 НИКОТИН ҚЫШҚЫЛЫ: КӨПТЕГЕН ТОТЫҒУ- ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫНА ҚАЖЕТТІ ДƏРУМЕН Тотығу немесе тотықсыздану реакциясын катализдейтін кез келген ферментке кофермент қажет, себебі амин қышқылдарының бүйір тізбектері тотықтырғыш немесе тотықсыздандырғыш бола алмайды. Коферменттер тотықтырушы немесе тотықсыздандырушы агент рөлін атқарады. Ферменттің рөлі тотығу немесе тотықсыздану реакциясы жүру үшін субстрат пен коферментті бірге ұстау (17.3- сурет). Тотығу реакциясын катализдеуде жиі қолданылатын фермент никотинамидаденин-динуклеотид (НАД + ) коферменті өзара фосфаттық топтары арқылы қосылған екі нулеотидтен тұрады. Нуклеотид С-1 фосфорланған рибозамен байланысқан гетероциклді қосылыс (20.1-бөлім). Гетероциклді қосылыс сақинасында көміртегінен басқа бір немесе бірнеше гетероатомдар болады. НАД + тотықтырушы агент 285

286 Нуклеотидтердің гетероциклді компоненттерінің бірі никотинамид НАД + жəне екіншісі аденин. Бұл коферменттің атауын (никотинамидадениндинуклеотид) білдіреді. Қысқартылған түрдегі НАД + -тегі оң заряд орынбасқан пиридин сақинасындағы оң зарядталған азот атомын көрсетеді. 3-D молекула: Никотин қышқылы; никотинамид; никотинамидтің тотыққан формасы Коферменттердегі аденин нуклеотидтері АТФ құрамына кіреді. Никотин қышқылы (В 3 дəрумені) организмде синтезделмейтін жəне диета арқылы организмге келетін коферменттің бір бөлігі. Ниацинамид ниациннің қоректік эквиваленттік формасы. 286

287 НИКОТИН ҚЫШҚЫЛЫНЫҢ НИАЦИНГЕ АЙНАЛУЫ Нан компаниялары нанның дайындалуы үшін никотин қышқылын қосқанда оның атауы ниацин деп өзгертіледі. Себебі, никотин қышқылының атауы никотин сияқты естіледі жəне никотинді дəрумен түрінде қабылдамайды. НАД + субстратты тотықтырғанда кофермент НАДН дейін тотықсызданады. НАДН тотықсыздану реакцияларында катализатор болатын белгілі бір ферменттердің коферменті. фермент НАД + тотықсыздандырушы агент субстрат тотықсызданған + НАД + субстрат тотыққан + НАД + + Н + Малат дегидрогеназа тотығу реакциясында катализатор болатын фермент; ол малаттың екіншілік спирт тобын кето топқа дейін тотықтырады (10.4-бөлім). Бұл НАД + реакциясындағы тотықтырушы агент. Тотығу реакциясында катализатор болатын ферменттердің көпшілігі дегидрогеназдар деп аталады. Тотығу реакциясында С-Н байланыстары санының азаятындығын естеріңізге саламыз (10.4- бөлім). Басқаша сөзбен айтқанда дегидрогеназа сутегін бөледі. НАД + НАДН Бұл тотығу реакциясы қалай жүреді? Субстрат тотыққанда НАД + пиридин сақинасының 4-орнына гидрид-ионын (Н - ) береді. Нəтижесінде НАД + пиридин сақинасы тотықсызданады. Молекуланың қалған бөлігі коферментпен ферменттің белгілі орнымен байланысады. Тотығу реакциясында ферменттегі амин қышқылының бүйір тізбегі субстраттағы оттегі атомынан протонды бөледі. 287

288 4-ЖАТТЫҒУ Келесі реакция өнімін көрсетіңіздер. НАДН тотықсыздануы реакциясының механизмі тотығу реакциясының механизміне кері реакция. Субстрат тотықсызданғанда НАДН субстраттан оның 4- орнындағы гидрид-ионын бөледі. Нəтижесінде дигидропиридин сақинасы тотығады. Ферменттің амин қышқылының бүйір тізбегі тотықсыздану реакциясына қатысып, субстратқа протонын береді. 288

289 НАДН гидрид-ионын бөліп, тотықсызданатын қосылыс болғандықтан, гидрид-иондарының доноры NaBH 4 немесе LiAlH 4 биологиялық эквиваленттерінің біз биологиялық емес реакцияларда тотықсыздандырғыш ретінде қолданылатынын көргенбіз (12.6-бөлім). оқулық: НАД + механизмі жəне НАДН реакциясының жағдайы НИАЦИННІҢ ЖЕТІСПЕУШІЛІГІ Ниациннің жетіспеушілігі дерматитпен басталып, соңында есі ауысып, өлімге апаратын пеллагра ауруына əкеледі жылы Құрама Штаттарда негізінен диеталары өзгермейтін кедей адамдарда пеллаграның жағдайы тіркелген. Пеллаграның алдын алу үшін В дəрумені препараттары қолданылады. Бірақ 1937 жылға дейін ол белгісіз болды жəне никотин қышқылы деп анықталған. Аз мөлшердегі жетіспеушілігі семіруге əкелетін фактор зат алмасуды төмендетеді. 5-ЖАТТЫҒУ Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер. фермент НАДН + Н В 2 ДƏРУМЕНІ Флавин аденин динуклеотид (ФAD) субстраттарды тотықтыруда қолданылатын тағы да бір кофермент. Мысалы, ФАД сукцинатты фумаратқа тотықтыруда қолданылатын ФАД коферменті. Оның атауы көрсеткендей, ФАД гетероциклді қосылыстарының бірі флавини, екіншісі аденин болатын динуклеотид. Рибоза орнына флавин нуклеотидінде тотықсызданған рибоза (рибит тобы) болатындығына назар аударыңыздар. Флавин мен рибит екеуі ФАД тотықтырушы агент қосылып рибофлавин немесе В 2 дəруменін береді. В 2 дəруменінің жетіспеушіліген тері қабынуы болады. 289

290 ФАД субстратты (S), тотықтырады, өзі ФАДН 2 дейін тотықсызданады. Біз қандай ФАД ферменттерінің қолданылатынын жəне тотықтырғыш кофермент ретінде қолданылатынын қайдан білеміз? Жалпы айтқанда, кофермент фермент қатысындағы катализденетін карбонилді қосылыстардың тотығу реакцияларында (спирттердің кетондарға, альдегидтерге, карбон қышқылдарына дейін тотығуы) қолданылады, ал ФАД басқа тотығу түрлерінде қолданылатын кофермент. 3-Dмолекула: Флавинадениндинуклеотид (ФАД) 6-ЖАТТЫҒУ ФАД жəне ФАДН 2 қанша қосарланған байланыстар бар? 7-ЖАТТЫҒУ Келесі реакция өнімдерін көрсетіңіздер (Көмекке: 16.1-бөлімді қараңыздар). 290

291 17.7 B 1 ДƏРУМЕНІ Тиамин алғаш рет анықталған В 1 деген атпен белгілі дəрумен. В 1 дəруменінің тамақ рационында жетіспеушілігінен жүректі зақымдап, жүйке рефлекстерін əлсірететін, сирек сал ауруына əкелетін «бери-бери» ауруы пайда болады (17.4- бөлім). В 1 дəрумені тиамин пирофосфат (ТПФ) коферментінің қалыптасуына қатысатын кофермент. ТПФ бір молекуладан екінші молекулаға екі көміртегі бөлшегін тасымалдауды катализдейтін ферменттердің құрамына кіретін кофермент. В 1 дəрумені тиамин пирофосфат ТПФ Пируватдекарбоксилаза тиаминпирофосфатқа қажетті фермент. Бұл фермент пируваттың декарбоксилденуін катализдейді жəне көміртегінің қалған екі бөлігіне протонды беріп, ацетальдегид түзеді. Сіздер пируват сияқты кето қышқылдардың СО 2 бөлінуінен декарбоксилденуін жəне бөлінген электрондардың не себепті карбонилді көміртегінде делокализацияланбайтындығына көз жеткізесіздер (13.8-бөлім). Келесі бетте көрсетілген реакция механизмі коферментте электрондар делокализацияланатын орынның бар екендігін көрсетеді. 291

292 негіз коферменттен протонды бөліп нуклеофил түзіледі. нуклеофил субстраттың электрофилді кето тобын шабуылдайды. Ферменттің бүйір қышқылы тобы реакцияның жүруіне ықпал етеді. аралық өнімде СО 2 бөлінгенде электрон коферменттің оң зарядталған азот атомында делокализацияланатындықтан, жеңіл декарбоксилденеді. декарбоксилденген өнім электрондардың делокализациялануымен тұрақтанады. резонанстық тұрақталған карбанион протонданады жəне ацетальдегид бөлініп, кофермент регенерацияланады. Пируват дегидрогеназа жүйесі үш фермент жəне бес коферменттен тұрады. Осындай коферменттердің бірі ТПФ. Жалпы реакциясы пируваттың декарбоксилденуін катализдейді жəне көміртегінің қалған екі бөлігі А коэнзимге қосылады да, ацетил-к о А түзіледі. Тиаминпирофосфат (ТПФ) бір молекуладан екінші молекулаға екі көміртегі бөлшегін тасымалдауды катализдеуге қажетті фермент оқулық: пируватты декарбоксилдену механизмі 292

293 Коэнзим (К о А) карбон қышқылдарына қарағанда ацилді нуклеофилді орынбасу реакцияларында біршама реакцияға қабілетті болатын карбон қышқылдарын олардың тиоэфирлеріне түрлендіреді. Себебі, қосарланған қышқылдың тиолды қалдығы тиоэфирге өзгергендегі рк а мəні ~10 (11.6-бөлім). Дəрумен К о А пантотенатқа түрлендіру үшін қажет. Коэнзим (К о А) карбон қышқылының белсенділігін арттырып, оны тиоэфирге түрлендіреді 8-ЖАТТЫҒУ 3-Dмолекула: коэнзим А а. Қандай көміртегінің екі бөлігінен пируват декарбоксилазаға протон ауысады? ə. Қандай көміртегінің екі бөлігінен дегидрогеназа пируват жүйесі коэнзим А коферментіне ауысады? 17.8 Н ДƏРУМЕНІ Н дəрумені (биотин) өзгеше, себебі бұл дəруменді тоқ ішекте болатын бактериялар синтездейді. Биотиннің біздің тамақ рационымызға қажеті жоқ жəне жетіспеушілік жағдайы болмайды. Бірақ биотиннің жетіспеушілігі тамақ рационында шикі жұмыртқаны көп пайдаланатын адамдарда байқалады. Жұмыртқа ақуызы биотинмен берік байланысады жəне оның кофермент ретіндегі əсерін жояды. Жұмыртқа піскен кезде денатурацияланады (16.13-бөлім) жəне денатурацияланған ақуыз биотинмен байланыспайды. 293

294 Биотин коферменті көміртекті қосылыстардың (карбонилді топпен көрші көміртегі бар қосылыстар) карбоксилденуінде катализатор болатын ферменттердің 3-D молекула: Биотин құрамында болады. Осылайша биотинді кофермент ретінде қажет ететін ферменттер карбоксилаз деп аталады. Мысалы, ацетил К о А- карбоксилаза ацетил-к о А малонил-к о а-ге түрленеді. Биотин бикарбонатты (НСО - 3 ) субстратқа қосылатын карбоксил тобының шикізат көзі ретінде қажет ететін фермент. Сондай-ақ фермент АТФ жəне Mg 2+ де қажет етеді. Биотин көрші карбонил тобымен көрші көміртегінің карбоксилденуін катализдейтін ферменттерге қажет. 9-ЖАТТЫҒУ Пируват карбоксилаза биотинді қажет ететін фермент. Ферменттің субстраты пируват. Ферментпен катализденетін реакция өнімін көрсетіңіздер. пируват 294

295 ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Құрамында 16 көміртегі бар қаныққан май қышқылы 1 моль пальмитиннің синтезі үшін ацетил-к о А қанша молі малонил-к о А түрленеді? Бұл сұраққа жауап беру үшін біз май қышқылдарының қалай синтезделетінін еске түсірейік (13.11-бөлім). Биосинтез май қышқылының төрт көміртегі құрылуы үшін ацетил тиоэфирдің малонил тиоэфир молекуласына қосылу реакциясынан басталады. Əрбір келесі екі көміртегінен тұратын бөлік малонил тиоэфир молекуласына қосылып отырады. Пальмитин қышқылы үшін он екіден көп көміртегі қажет, сондықтан тағы да малонил коферментінің тағы алты молекуласы қосылуы қажет. Осылайша, палмитин қышқылының синтезі үшін ацетил-к о А 7 молі малонил-к о А түрленуі керек. Енді 10-жаттығуға ауысайық. 10-ЖАТТЫҒУ Құрамында 20 көміртегі бар қаныққан май қышқылы арахидон қышқылының 1 молін синтездеуге ацетил-к о А қанша молі малонил-коферментіне К о А түрленуі керек? 11-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ 1 моль пальмитин қышқылын алу үшін АТФ қанша молі қажет? Шешімі 1 моль 16 көміртекті май қышқылы 1 моль ацетил-коа жəне 7 моль малонил КоА синтезделеді. Ацетил-КоА-дан синтезделетін малонил коферменті А əр молі карбоксилдеу реакциясында 1 моль АТФ қажет етеді. Осылайша 1 моль пальмитин қышқылы үшін 7 моль АТФ қажет В 6 ДƏРУМЕНІ Пиридоксаль фосфат (ПФ) коферменті пиридоксин немесе В 6 дəрумені деген атпен белгілі, «аль» жалғауы коферменттің альдегид екендігін білдіреді. В6 дəруменінің жетіспеушілігі қан аздыққа, кейде өлімге дейін əкеледі. Пиридоксаль фосфат белгілі амин қышқылдары реакциясында катализатор рөлін атқарады. Осындай реакциялардың бірі декарбоксилдеу реакциясы. 295

296 Реакция механизмі коферменттің СО 2 бөлінгеннен кейін электрондарды қабылдауы үшін керектігін көрсетеді. 3-Dмолекула: Пиридоксаль фосфат (ПФ) ЖҮРЕК ҰСТАМАСЫ: ОНЫҢ САЛДАРЫ Жүрек ұстамасынан кейін аминотрансфераза (292-бетті қараңыздар) жəне басқа ферменттер жүректің зақымданған жасушаларынан шығып, қанға түседі. Осының əсерінен жүректің зақымдануын қандағы аланин аминотрансфераза мен аспартат аминотрансфераза концентрациясы бойынша анықтауға болады. Пиридоксаль фосфат белгілі амин қышқылдары реакциясында катализатор рөлін атқарады. 296

297 коферменттің альдегид тобы субстраттың біріншілік аминімен əрекеттесіп имин түзеді (12.7-бөлім). СО 2 бөлінгеннен кейін қалған электрондар коферменттің оң зарядталған азот атомына жинақталады. Электрондық қайта құрылу мен α-көміртегі протонданып, фермент ароматты алты мүшелі сақинасы тотықсызданады да, аралық өнім декарбоксилденеді. Гидролизден имин түзіліп, амин қышқылы декарбоксилденеді жəне фермент қайтадан бөлінеді. Көптеген амин қышқылдарының метаболизміндегі бірінші реакциясында амин қышқылындағы амин тобы кетон тобына ауысады. Бұл трансаминдеу деп аталады, себебі амин қышқылынан амин тобы бөлініп, α-кетоглутараттың кетон тобына қосылады да, глутамат түзіледі. Трансаминдеу ПФ қатысында жүретін жиі кездесетін реакция. Қайта аминдеу реакциясында катализатор рөлін атқаратын ферменттер аминтрансфераздар деп аталады. Трансаминдеу əртүрлі амин қышқылдарындағы амин тобының бір амин қышқылына (глутамат) жинақталуына мүмкіндік береді. Нəтижесінде азоттың артық мөлшері ағзадан жеңіл бөлініп шығады. 12-ЖАТТЫҒУ α-кетоглутараттан басқа α-кетоқышқылдары фермент қатысындағы қайта аминдеуде амин қышқылдарындағы амин тобын қабылдау үшін қолданылады. Сонда келесі α- кетоқышқылдардан қандай амин қышқылдары алынады? а. ə. пируват оксалоацетат В 12 ДƏРУМЕНІ Белгілі бір қайта топтасу реакцияларында катализатор рөлін атқаратын ферменттердің құрамында болатын В 12 дəруменінен алынатын кофермент. Дəруменнің құрамында C N немесе OH топтары кобальт атомымен байланысқан. В 12 коферментіндегі бұл топ 5 1 -дезоксиаденозил тобымен алмасқан. 297

298 5 1 -дезоксиаденозил тобы В 12 коферменті Жануарлар мен өсімдіктерде В 12 дəрумені синтезделмейді, тек кейбір микроорганизмдерде ғана синтезделеді. Адамдар оны тағаммен бірге, əсіресе етпен бірге қабылдайды. В 12 дəруменінің жетіспеушілігі өте сирек кездеседі, бірақ мал етін жемейтін вегетериандықтарда кездеседі. Оның жетіспеушілігінен тоқ ішектің дəруменді сіңіру қабілеттілігі жойылады. В 12 коферменті көміртегіне қосылған (Y) тобы аралас көміртегімен қосылған топтар арасында сутегі алмасатын реакцияларда катализатор рөлін атқаратын ферменттерге қажет. 298

299 Мысалы, келесі əр реакцияда бір көміртегімен қосылған топтар метил тобындағы Н атомымен орын ауыстырады. Ө М І Р Б А Я Н 3-Dмолекула: В 12 коферменті, В 12 дəрумені Дороти Кроуфут Ходжкина ( ) Египетте ағылшын жанұясында дүниеге келген. Ол Оксфорд университетінің Сомервиль колледжінде бакалавр дəрежесін жəне Кембридж университетінде философия докторы дəрежесін алады. Ол кристаллографияда алғашқы болып үш өлшемдік есептеулерді жасаған жəне қосылыстың құрылысын анықтауда алғашқы болып компьютерді қолданып пенициллин, инсулин жəне В 12 дəруменінің құрылысын анықтаған. Оның В 12 дəруменіне жасаған жұмыстары бойынша 1964 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығы берілген. Ходжкина Сомервильде химия профессоры болып қызмет жасаған. Онда аспиранттарының бірі бұрынғы Англияның премьер министрі Маргарет Тэтчер болған. Ол, сондай-ақ ғалымдар мен темір шымылдық арасындағы қатынасты жақсарту үшін құрылған Пагуош қозғалысының негізін салушылардың бірі. B 12 коферменті көміртегімен қосылған топпен аралас көміртегіне қосылған топтар арасында сутегін тасымалдайтын реакцияларда катализатор рөлін атқаратын ферменттерге қажет. 299

300 13-ЖАТТЫҒУ В 12 коферменті қатысында жүретін келесі ферменттік процесте қандай топтар алмасады? ФОЛИЙ ҚЫШҚЫЛЫ Тетрагидрофолат (ТГФ) бір көміртегі бар топты субстратқа тасымалдайтын реакцияларда катализатор рөлін атқаратын ферменттердің құрамында болатын кофермент. Бір көміртекті топ ол метил тобы (CH 3 ), метилен тобы (CH 2 ) немесе дəрумен алынатын фолий қышқылындағы қос байланысты тотықсыздандыру арқылы алынатын тетрагидрофолаттың формил тобы (НС О) болады. Бактерияларда фолий қышқылы синтезделеді, ал ұсақ қоректілерде ол синтезделмейді (21.4-бөлім). Төменде үш ТГФ-коферменттері берілген: N 5 -метил-тгф метил тобын береді; N 5, N 10 -метилен-тгф метилен тобын береді; жəне N 5, N 10 - метенил-тгф формил тобын береді. 300

301 Кофермент ДНҚ жəне РНҚ құрамына кіретін негіздер мен ароматты амин қышқылдарының синтезіне қажет болады (16.1- бөлім). РНҚ құрамына аденин, гуанин, цитозин жəне урацил (A, G, С жəне U) сияқты гетероциклді негіздер, ДНҚ құрамына аденин, гуанин, цитозин жəне тимин (A, G, C жəне T) сияқты гетероциклді негіздер кіреді. Басқаша сөзбен айтқанда, РНҚ мен ДНҚ құрамындағы гетроциклдік негіздер бірдей, тек РНҚ құрамында урацил (U), ал ДНҚ құрамында тимин (Т) болады. Не себепті ДНҚ құрамында урацил орнына тимин болатындығы 20.9-бөлімде түсіндірілген. Тиамин ДНҚ биосинтезі үшін қолданылады жəне урацилден құрамында кофермент ретінде N 5, N 10 - метилен-тгф тимидилат синтетаза ферменті қатысында синтезделеді. Тетрагидрофолат (ТГФ) бір көміртегі бар топты субстратқа тасымалдайтын реакцияларда катализатор рөлін атқаратын ферменттердің құрамында болатын кофермент 3-D молекула: тетрагидрофолат (ТГФ) 14-ЖАТТЫҒУ Кандай кофермент тетрагидрофолат деп аталады? Тиамин мен урацилдің құрылымдық өзгешеліктері тек метил тобы болғанымен, тиамин метилен тобының урацилдің метилен тобына қосылады да, метил тобына дейін тотықсызданады. Кофермент тотықысыздандырғыш, яғни ол тотығады (сутегінің екі атомын жоғалтады). Тотыққан кофермент дигидрофолат болады. ІСІКТІҢ ХИМИОТЕРАПИЯСЫ Ісік жасушалардың аномальді өсуі мен пролиферациясы болып табылады. Себебі, жасушалар ДНҚ-ны синтездей алмаса көбейе де алмайды. Осыған байланысты ғалымдар тимидилат синтазаға бөгет жасайтын қосылысты іздестірген. Егер тимидин (Т) пайда болмаса, ол ДНҚ-ны да синтездей алмайды. Жалпы тимидилатты тежейтін ісікке қарсы препарат ол 5-фторурацил. Тимидилат синтаза урацил жəне 5- фторурацилмен фтор сияқты əрекеттеседі. 5-фторурацил оны ферментке бекітеді, себебі 301

302 негіз элиминирлеу реакциясында F + бөле алмайды. Нəтижесінде реакция тоқтап, 5-фторурацил ферментпен берік байланысады. Ферменттің белсенді бөлігі 5-фторурацилмен бөгеліп, ДРФ байланыса алмайды. Осылайша ДРФ де ары қарай синтезделмейді, янғи ДНҚ да синтезделмейді. Өкінішке орай, көптеген ісікке қарсы препараттар ауру жасушалар мен сау жасушаларды ажырата алмайды, сондықтан ісіктің химия терапиясы қосымша əсерлер береді. Бірақ ісік жасушалары жасушалардың бақыланбайтын бөлінуінен қалыпты жасушалармен салыстырғанда жылдам бөлінеді. Олар химия терапиялық заттардан көп зақымдалады. АЛҒАШҚЫ АНТИБИОТИКТЕР Сульфанамидтер сульфаниламидті препараттар деген атпен белгілі жəне 1936 жылы алғаш рет əсері жоғары антибиотиктер ретінде клиникаға енгізілген (21.4-бөлім). Сульфаниламидтің, құрылысы п-аминбензой қышқылына ұқсас алғашқы сульфонамид екендігіне назар аударыңыздар. Сульфаниламид фоли қышқылының құрамына кіретін п-аминбензой қышқылы арқылы ферментті тежейді. Фермент сульфаниламидтер мен п-амин бензой қышқылдарын ажырата алмайтындықтан, екі қосылыста ферменттің белсенді орталығында бір-біріне бəсекелес болады. Адамдар препараттан зардап шекпейді, себебі олар фолий қышқылын синтездей алмайды. Олар фолий қышқылын тамақ рационымен бірге алады. 302

303 15-ЖАТТЫҒУ Келесі реакциялар нəтижесінде қандай амин қышқылдары түзіледі? 16-ЖАТТЫҒУ ДРФ метил тобын қайдан алады? К ДƏРУМЕНІ К дəрумені қанның ұю үшін қажет. К дəруменінің атауы «koagulation», неміс тілінен аударғанда «ұю» деген сөзден шыққан. Алты ақуыздың қатысымен жүретін реакциялар қанның ұюын тудырады. Бұл процестегі ақуыздар Са 2+ байланыстыру үшін қажет. К дəрумені олардың Са 2+ -мен дұрыс байланысуы үшін қажет. К дəрумені жасыл өсімдіктердің жапырақтарында кездеседі. Бұл дəруменнің жетіспеушілігі сирек байқалады, себебі ол тоқ ішек бактерияларымен синтезделеді. КН 2 дəрумені дəрумен формасындағы кофермент. К дəрумені КН 2 дəрумені КН 2 дəрумені ақуыздар тізбегінде глутаматтың γ-көміртегінің карбоксилденіп γ-карбоксилглутамат түзу реакциясында катализатор рөлін атқаратын ферменттің құрамындағы кофермент. γ-карбоксилглутаматтың Ca 2+ түзетін кешені глутаматтармен салыстырғандағы əсері əлдеқайда жоғары. Фермент СО 2 карбоксил тобын бүйір тізбектегі глутаматтарды карбоксилдеу үшін пайдаланады. Қанның ұюына жауапты барлық ақуыздардың N-соңғы жақтарына жақын орындарда бірнеше глутаматтары болады. 303

304 Мысалы, қанның ұюына қатысатын протромбин ақуызының 7, 8, 15, 17, 20, 21, 26, 27, 30, жəне 33-орындарында глутаматтар бар. Варфарин (Коумадин) жəне дикоумарол клиникада антикоагулянт ретінде қолданылады. Олар К эпоксид дəруменінен КН 2 дəруменін синтездейтін ферменттерді тежеу арқылы қанның ұюын болдырмайды. Себебі, фермент К эпоксид дəрумені мен 3-D молекула: К дəрумені варфаринді (немесе дикоумерол) ажырата алмайды. Бұл екі қосылыс та ферменттің белсенді орталығында байланысу үшін бəсекеге түседі. Варфарин, сондай-ақ іштен қан кету нəтижесінде өлімге əкелетін тышқанның уы. варфарин дикоумарол КН 2 дəрумені бүйір тізбектегі глутаматтардың γ-көміртегін карбоксилдеу үшін қолданылатын катализатор рөлін атқаратын ферменттердің құрамында кездеседі БРОККОЛИДІҢ ӨТЕ КӨП МӨЛШЕРІ Екі əйелдің қандарының дұрыс ұйымауымен сипатталатын аурулары жайлы мақалада олардың варфаринді қабылдағанынан жазылмағандығы айтылған. Сұрақтарға жауап бере отырып əйелдердің бірі күніне 1 фунт (0,45 кг) брокколи қырыққабатын жегенін, ал екіншісі күнде брокколи сорпасы мен салатын жегендерін айтқан. Ал брокколиді тамақ рационынан алынып тастағанда варфарин қанның дұрыс ұйымауын реттеудегі əсері жоғары болған. Себебі, бұл пациенттер брокколидің құрамындағы К дəруменінің көп мөлшерін қабылдаған, ол ферменттің белсенді орталығында препаратпен бəсекелесіп, препараттың əсері болмаған. 304

305 ҚОРЫТЫНДЫ Биологиялық жүйелердегі барлық органикалық реакциялар катализатор қатысында жүреді. Биологиялық катализатор рөлін ферменттер атқарады. Ферменттік реакциядағы реагент субстрат деп аталады. Субстрат ферменттің белсенді орталығымен байланысады жəне реакциядағы байланыстардың үзіліп жаңа байланыстардың түзілу сатылары осы жерде жүреді. Ферменттердің катализаторлық қабілеттілігіне екі фактор əсер етеді: (1) əрекеттесетін топтар мен (2) каталитикалық топтар субстратқа қатысты дұрыс жағдайда орналасады. Коферменттер ферменттерге көптеген реакцияларда ферменттердің амин қышқылды бүйір тізбектерін катализдеуде көмектеседі. Коферменттер ағзада синтезделмейтін, бірақ оның қалыпты жұмыс істеуіне аз мөлшерде қажет болатын заттар дəрумендерден алынады. С дəруменінен басқа барлық суда еритін дəрумендерден коферменттер алынады. К дəрумені кофермент түзетін суда ерімейтін жалғыз дəрумен. Катализатор ферменттердің құрамындағы коферменттерге жататындары: ФАД, НАДН жəне ФАДН 2 тотықсыздану реакцияларын катализдейді. Тотығу реакцияларын катализдейтін ферменттер дегидрогеназдар деп аталады. Тиамин пирофосфат (ТПФ) екі көміртегі бөлігін тасымалдайтын реакцияларды катализдейтін ферменттердегі кофермент. Биотин карбонил көміртегін карбоксилдеу реакциясын катализдейтін ферменттердегі карбонил тобы бар кофермент. Пиридоксаль фосфат (ПФ) декарбоксилдеу немесе трансаминдеу сияқты белгілі амин қышқылдарының реакцияларын катализдейтін ферменттердің құрамында кездесетін кофермент. Трансаминдеу реакциясында амин қышқылдарынан амин тобы бөлініп, басқа молекулаға беріледі де, кето топ орнында қалады. В 12 дəрумені бір көміртегіндегі топ пен екінші аралас көміртегіндегі топтардың орнын сутектік байланыстармен ауыстыратын кофермент. Тетрагидрофолат (ТГФ) бір көміртегіндегі метил, метилен немесе формил топтарын субстратқа тасымалдайтын реакцияларда қолданылатын ферменттердің құрамына кіреді. KH 2 305

306 дəрумені қанның ұюына қажетті бүйір тізбектегі γ-глутаматты карбоксилдеу реакцияларын катализдейтін ферменттер құрамындағы кофермент. ЖАТТЫҒУЛАР 17. Келесі коферменттер қандай дəрумендерден алынады? а. НАД + ə. ФАД б. пиридоксальфосфат в. N 5 -метилентетрагидрофолатредуктаза 18. Тотықтырғыш ретінде əсер ететін екі коферментті атаңыздар. 19. Электрондардың делокализациялануына мүмкіндік беретін екі коферментті атаңыздар. 20. Бір көміртегі тобын субстратқа беретін үш түрлі тетрагидрофолаттарды атаңыздар. 21. Қанның дұрыс ұюына қажетті қандай реакция КН 2 дəруменімен катализденеді? 22. Карбоксилдеу реакциясында қандай екі коферменттер қолданылады? 23. Келесі ферменттік реакциялар үшін қажетті коферменттерді атаңыздар: а. ə. 24. Келесі реакция өнімін көрсетіңіздер. 25. S-аденозилметионин (SAM) АТФ жəне метионин арасындағы реакция нəтижесінде түзіледі (9.14-бөлім). Екінші өнім үш фосфат. Осы реакция механизмін көрсетіңіздер. (Көмекке: бұл S N 2 реакциясы). 306

307 26. Келесі əр ферменттік реакцияға қажетті коферментті атаңыздар: а. ə. 27. Келесі қосылыстардың қайсысында СО 2 бөлінеді? немесе 28. Егер субстратпен имин түзбейтін болса, 1,6-дифосфат фруктозаның альдолазамен катализденетін ыдырау реакциясының механизмін көрсетіңіздер. Иминнің түзілуінің себебі қандай? 29. Не себепті гликолизде альдолаза қатысындағы ыдырау реакциясына дейін глюкозо-6-фосфаттың фруктоза-6-фосфатқа изомерленуі қажет? 307

308 МЕТАБОЛИТТІК ЖОЛДАРДЫҢ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯСЫ 18-ТАРАУ ацетил-к о А Тірі ағзадағы реакциялар қосылыстардың синтезделуі мен метаболизміне қажетті энергия алу арқылы жүреді. Метаболизмді екі түрге бөлуге болады: катаболизм жəне анаболизм. Катаболиттік реакциялар қоректік заттардың күрделі молекулаларын энергия алу үшін ыдыратады, ал жай қарапайым молекулалар күрделі молекулаларды синтездеуге жұмсайды. Жай молекулалардан күрделі бимолекулаларды синтездеудеу анаболиттік реакциялар, бұл реакциялар энергияны қажет етеді. Катаболизм: күрделі молекулалар жай молекулалар + энергия Анаболизм: жай молекулалар + энергия күрделі молекулалар Тірі жүйелерде жүретін барлық реакциялардың фермент катализатор қатысында жүретіндігін есте сақтау маңызды. Ферменттердің катализатор болу себебі, құрамында əрекеттесетін функционалдық топтарды дұрыс бағыттайтын жəне бүйір тізбектеріндегі амин қышқылдары катализатор рөлін атқаратын коферменттер болады (17.1-тарау). Сіздердің бұл тараулардан көретін көптеген реакцияларыңыз өткен тарауларда қарастырылған реакциялар. Егер асықпасаңыздар осы тарауда аталған бұрынғы өткен тарауларға қайта оралып, ол реакцияларды қарасаңыздар, онда жасушаларда жүретін көптеген органикалық реакциялардың химиктердің жүргізетін реакцияларына ұқсас екендігін көрсесіздер. 308

309 МЕТАБОЛИЗМДЕГІ ӨЗГЕШЕЛІКТЕР Адамдарда қосылыстардың метаболизмі басқалармен салыстырғанда бірдей болып жүрмеуі де мүмкін. Бұл жануарларға дəрі-дəрмектерді тексерген кезде күрделі мəселелер туғызады (21.4-бөлім). Мысалы, шоколад адамдар мен иттердің ағзасында əртүрлі жолмен метаболизмге ұшырайды: адамдардан алынған зиянды емес метаболиттер, иттерден алынғанда өте зиянды болуы мүмкін. Метаболизмдердегі өзгешеліктер бір түрлердің арасынан да табылған. Мысалы, туберкулезге қарсы дəрі изониазид эскимостарда египеттіктерге қарағанда жылдам метаболизмге ұшырайды. Жүргізілген зерттеулер ер адамдар мен əйел адамдардың ағзасында дəрілердің əртүрлі сіңірілетінін анықтаған. Мысалы, ауруды сездірмейтін дəрілер тобы каппа опиаттар əйелдер ағзасындағы əсері ер адамдарға қарағанда екі есе жоғары болған. Катаболизмнің бірінші сатысында майлар, көмірсулар жəне ақуыздар май қышқылдары, моносахаридтер жəне амин қышқылдарына дейін гидролизденеді АС ҚОРЫТУ Барлық тіршілік процестеріне қажетті реагенттер біздің тағамдық рационымыздан алынады. Шындығында, бұл біздің қандай тағамдар жейтіндігімізге байланысты. Катаболизмді төрт сатыға бөлуге болады (18.1-сурет). Оның бірінші сатысы ас қорыту деп аталады. Бұл сатыда барлық майлар, көмірсулар мен ақуыздар май, моносахаридтер жəне амин қышқылдарына дейін гидролизденеді. Бұл реакциялар ауызда, асқазанда жəне тоқ ішекте жүреді. 309

310 Катаболизмнің екінші сатысында бірінші сатыда алынған өнімдер мен май қышқылдары, моносахаридтер, амин қышқылдары лимон қышқылдарының циклдеріне кіретін қосылыстарға өзгереді. Лимон қышқылы цикліне кіру үшін қосылыстардің бірі циклдің өзінде болуы керек. Олар аралық қосылыс лимон қышқылы немесе ацетил-к о А немесе пируват. Ацетил-К о А лимон қышқылы болмайтын циклге кіретін жалғыз аралық қосылыс, ол лимон қышқылы цикліндегі аралық қосылыс цитратқа өзгереді (18.7- бөлім). Пируват лимон қышқылы цикліне ацетил-коа өзгеруі арқылы кіреді. Бұл реакция 17.7-бөлімде қарастырылған пируват дегидрогеназамен катализденеді. Катаболизмнің үшінші сатысы ацетил-коа əр молекуласы екі молекула СО 2 өзгеретін лимон қышқылы циклі. Метаболиттік энергия мөлшері аденозин-5 1 -үшфосфатпен (АТФ) өлшенеді. Жасуша энергияны (АТФ) қоректік молекулалардан түзілетін АТФ алады. Тек АТФ аздаған мөлшері ғана катаболизмнің алғашқы үш сатысында түзіледі. Ал АТФ көп мөлшері катаболизмнің төртінші сатысында түзіледі. Сіздің тіршілігіңіз өзіңіз жейтін тағамыңызға байланысты 18.1-сурет Катаболизмнің төрт сатысы: 1. Ас қорыту 2. Май қышқылдары, моносахаридтер жəне амин қышқылдарының лимон қышқылы цикліне кіретін қосылыстарға өзгеруі. 3. Лимон қышқылының циклі 4. Тотықтырмалы фосфорлау 310

311 Біздер көптеген катаболиттік реакциялардың тотығу реакцияларына жататындығын көреміз. Катаболизмнің төртінші сатысындағы НАДН əр молекуласы катаболизмнің алғашқы сатыларынан түзіліп тотықтырмалы фосфорлау деп аталатын процесс кезінде АТФ үш молекуласына өзгереді. Тотықтырмалы фосфорлау, сондай-ақ бұрын түзілген ФАДН 2 əр молекулаларын (ФАД тотықтыру нəтижесінде) АТФ екі молекуласына да түрлендіреді. Осылайша, майлар, көмірсулар жəне ақуыздардың энергияларының көп мөлшері (АТФ) катаболизмнің төртінші сатысында алынады. Катаболизмнің екінші сатысында бірінші сатыда алынған қосылыстар лимон қышқылы цикліне кіретін қосылыстарға өзгереді. Лимон қышқылы цикліне кіретін қосылыстар аралық қосылыстар ацетил-к о А жəне пируват. Метаболиттік энергия аденозинтрифосфатпен (АТФ) өлшенеді. Май қышқылдары ацети-к о А молекуласына өзгереді. Тотықтырмалы фосфорлау катаболизмнің төртінші сатысында жүреді ATФ ТАСЫМАЛДАУШЫ ФОСФОРЛАУ РЕАКЦИЯЛАРЫ АТФ қатысынсыз көптеген маңызды биологиялық реакциялар жүрмейтін еді. Мысалы, глюкозаның фосфор қышқылымен глюкоза-6-фосфат түзу реакциясы жүрмейді, себебі глюкозаның 6-ОН тобы фосфор қышқылының негіздік ОН - тобын ығыстыра алмайды. Егер АТФ болса глюкозаның 6-ОН тобы АТФ соңғы фосфатты тобын шабуылдап, фосфор-ангидрид байланысын үзеді. Фосфор-ангидрид байланысы P=O π байланысымен салыстырғанда біршама əлсіз байланыс, сондықтан реакция S N 2 механизмі бойынша жүреді (9.2-бөлім). Фосфор-ангидрид байланысы өте əлсіз болғандықтан, АДФ жеңіл бөлінеді. 311

312 АТФ АТФ фосфорлы тобының глюкозаға берілуі фосфорилдің тасымалдануына мысал бола алады. Биологиялық жүйелерде фосфорилдер тасымалданатын көптеген реакциялар бар. Жоғарыда берілген фосфорилдің тасымалдану реакциясы АТФ химиялық рөлін көрсетеді: ол бөлінетін топтың қиындығына байланысты (немесе өте баяу жүреді) жеңіл бөлінетін топтың қатысындағы реакция жолын көрсетеді. 3-D молекула: аденозин үш фосфат (АТФ) оқулық: тасымалдаушы фосфорлау реакциясы 1-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Не себепті АДФ əлсіз негіз жəне жеңіл бөлінетін топ? Шешімі Байланыс бөлінетін топта жинақталғанда байланыстырушы электрондар бөлінетін оттегі атомында локализацияланбайды. Оның орнына олар делокализацияланып екі оттегі аймағында болады. Электрондардың делокализациясы бөлінетін топты тұрақтандырады, содан кейін əлсіз негіз тұрақтанады да жеңіл бөлінеді. 312

313 НОБЕЛЬ СЫЙЛЫҒЫ Нобель сыйлығы ғалымдар үшін мəртебесі ең жоғары сыйлық. Бұл сыйлықты Альфред Бернард Нобель ( ) тағайындаған. Алғаш рет бұл сыйлық 1901 жылы берілген. Нобель Швецияның Стокгольм қаласында дүниеге келген. Ол 9 жасқа толғанда ата-анасымен бірге Санкт-Петербург қаласына көшіп келеді де, əкесі Ресей үкіметі үшін торпеда мен су асты миналарын жасаумен айналысады. Альфред ер жеткеннен кейін əкесінің Стокгольмдегі зауытында жарылғыш заттарды зерттеумен айналысады жылы зауытта болған жарылыстан оның ініс қаза табады. Бұдан кейін Альфред жарылғыш заттарды пайдалану мен тасымалдау кезіндегі қауіпсіздік жолдарын іздестіре бастайды. Швед үкіметі бірнеше рет болған авариядан кейін зауыттың қайтадан іске қосылуына тыйым салған соң Нобель Германияда жарылғыш заттар зауытын ашады. Онда 1867 жылы ол егер нитроглицеринді диатомитті топырақпен араластырса одан детонациялық қақпағы жоқ таяқшалар жасауға болатындығын анықтайды. Осылайша, Нобель динамитті ойлап табады. Сондай-ақ ол жарылғыш қоспа мен түтінсіз оқты да ойлап табады. Ол əскерилер қолданған жарылғыш заттарды ойлап тапқанымен бейбітшілік жолындағы қозғалысты жақтаушы болды. Нобельдің 355 патенттің авторы болуы оның ең бай адам болуына жол ашады. Ол ешқашан үйленбеген жəне қайтыс болғаннан кейін артында қалған байлығын (9,2 млн.) «адамзат үшін аса пайдалы да құнды жаңалық ашқан» ғалымдарға тағайындауға мұра етіп қалдырған. Ол бұл ақшаны инвестицияға салып, жыл сайынғы оның үстінен келген пайданы тең бес бөлікке бөліп «химия, физика, физиология мен медицина жəне əдебиет салалары, сондай-ақ бейбітшілік конгрестерін ұсынған адамдар мен халықтар достастығы мен бірлігіне маңызды үлес қосқан адамдарды» марапаттауды тапсырған. Нобель, сондай-ақ бұл марапаттауды тағайындау кезінде кандидаттың ұлтына қарамауды, біріккен жұмыстардың авторы үштен аспауын жəне қайтыс болғаннан кейін берілмейтіндігін қарастырған. Нобель химия жəне физика саласы бойынша марапаттауды Швецияның корольдік ғылым академиясы, физиология жəне медицина бойынша Стокгольмдегі Каролина институты, əдебиет бойынша Швеция академиясы, бейбітшілік үшін Норвегия парламенті тағайындаған бес адамнан құралған комиссияның марапаттайтындығын ұсынған. Сондай-ақ талқылау құпия түрде өтетіндігін жəне шешімнің қайтадан қарастырылмайтындығы да айтылған жылы Швецияның орталық банкі экономика саласы бойынша Нобель сыйлығын тағайындаған. Бұл сыйлықтың иегерлерін Швецияның корольдік ғылым академиясы іріктейді. Əр жолы бұл сыйлық Нобельдің қайтыс болған күні 10 желтоқсанда Стокгольмде беріледі. Тек бейбітшілік жолындағы Нобель сыйлығы ғана Осло қаласында беріледі. 313

314 Альфред Бернхард Нобель 18.3 МАЙЛАРДЫҢ КАТАБОЛИЗМІ Катаболизмнің бірінші сатысында күрделі эфирдің үш тобы фермент қатысында глицерин мен май қышқылының үш молекуласына дейін гидролизденеді. Май глицерин май қышқылы Глицерин АТФ əрекеттесіп, глицерол-3-фосфат түзіледі, глюкоза АТФ əрекеттесіп глюкоза-3-фосфат түзіледі (18.2-бөлім). Бұл реакцияны катализдейтін фермент глицерин киназа деп аталады. Киназа фосфат тобын субстратқа енгізетін фермент. Осылайша глицерин киназа фосфат тобын глицеринге ауыстырады. 314

315 Глицерин-3-фосфаттың екіншілік спирт тобы кетонға дейін тотығып тотықтырғыш болады. Бұл реакцияда катализатор рөлін атқаратын фермент глицерол фосфатдегидрогеназа деп аталады. Дегидрогеназаның субстратты тотықтыратын фермент екендігін естеріңізге саламыз (17.5-бөлім). Реакция өнімі дигидроксиацетон фосфат гликолиз қосылыстарының біріне жатады, сондықтан ол осы жолмен реакцияға түсіп ыдырайды (18.4-бөлім). Биохимиялық реакцияларда біріншілік реагенттер мен біріншілік өнімдердің құрылысы көрсетілетіндігіне назар аударыңыздар. Басқа реагенттер мен өнімдер қысқартылған жəне реакция меңзерімен қиылысатын қисық меңзермен көрсетілгендігіне қараңыздар. 2-ЖАТТЫҒУ Глицериннің АТФ əрекеттесіп глицерол-3-фосфат түзу реакциясын көрсетіңіздер. 3-ЖАТТЫҒУ Глицерин-3-фосфаттың асимметриялық орталығы R конфигурациялы. (R)-глицерин- 3-фосфаттың құрылысын көрсетіңіздер. Май қышқылы метаболизденеді, тиоэфирге өзгеруі арқылы белсенділігін арттыру керек (17.7-бөлім). Май қышқылының белсенділігінің арттырылу механизмі 317-бетте көрсетілген. 315

316 Май қышқылы АТФ əрекеттесіп фосфат тобын тасымалдайды (18.2-бөлім), нəтижесінде май қышқылындағы кететін топ жеңіл бөлінеді. Реакция нəтижесінде өнім ретінде ацилді фосфат түзіледі. Ацилді фосфат К о АН-мен нуклеофилді ацилді орынбасу реакциясына түседі. Ацил-К о А β-тотығу деп аталатын жолмен ацетил-к о А-ге түрленеді; β-тотығу реакциясының төрт сатыларының бірі. Олардың əр қайсысы төрт реакция сатысынан өтіп май қышқылды ацил-к о А екі көміртегі бөлініп ацил-к о А-ге өзгереді (18.2-сурет). Реакцияның төрт сатысының əрқайсысы фермент катализаторы қатысында жүреді. ФАД ФАДН 2 май қышқылды ацил-к о А α, β-қанықпаған май қышқылды ацил-к о А α, β-гидрокси май қышқылды ацил-к о А НАД НАДН, Н + К о АН май қышқылды ацил-к о А ацетил-к о А β-кето май қышқылды ацил-к о А 18.2-сурет Май қышқылды ацил-к о А молекуласы толық ацил-к о А өзгермегенше қайталана беретін фермент қатысындағы төрт β-тотығу реакциялар қатары. Реакцияға қатысатын ферменттер: 1. Ацил-К о А дегидрогеназа 2. Еноил К о А гидратаза 3. 3-L-гидроксиацил КоА дегидрогеназа 4. Кетоацил- К о А тиолаза 316

317 1. Бірінші реакцияда α- жəне β-көміртегі атомдарынан тотығу нəтижесінде сутегі бөлініп β-қанықпаған май қышқылды ацил-к о А байланысы түзіледі. ФАД тотықтырғышы негізінен карбонилді тотықтыруда қолданылады (17.6-бөлім). Бұл реакцияда катализатор рөлін атқаратын фермент 10% сəбилердің кездейсоқ өліміне əкелетіндігі анықталған. Май қышқылдары ацетил-к о А молекулаларына өзгереді 2. Екінші реакция қосарланған α, β-қанықпаған май қышқылды ацил-к о А судың қосылу реакциясы (12.10-бөлім). 3. Үшінші реакция тағы да бір тотығу реакциясы: НАД + екіншілік спиртті кетонға дейін тотықтырады. 4. Төртінші реакция енолды таутомерді кето таутомерге өзгерететін Кляйзен конденсациясына кері реакция (13.7-бөлім). Соңғы өнім бастапқы май қышқыл ацил-к о А салыстырғанда құрамында екі көміртегі атомына кем ацетил-к о А мен май қышқылды ацил-к о А түзіледі. Бұл реакция механизмі төменде көрсетілген. май қышқылды ацил-к о А (2 көміртегіне кем) ацил-к о А Төрт реакция қайталанып бастапқы өніммен салыстырғанда төрт көміртегі атомына кем ацетил-к о А мен май қышқылды ацил-к о А түзіледі. Əр жолы осылай төрт реакция сатылары қайталанған кезде май қышқылды ацил-к о А-нен (ацил-к о А сияқты) тағы да екі көміртегі атомы бөлініп отырады. Реакция сатылары май қышқылы толық ацетил-к о А молекуласына өзгергенше қайталанады. Біз ацил-к о А лимон қышқылы цикліне түсіп оксалоацетатпен əрекеттесіп басқа лимон қышқылы цикліндегі (аралық лимон қышқылды цикл) аралық өнім цитратты түзетінін көреміз (18.7-бөлім). 4-ЖАТТЫҒУ Не себепті ОН тобы майлар катаболизмінің екінші реакциясында α-көміртегіне емес β- көміртегіне қосылады? (Көмекке: бөлімді қараңыздар). 5-ЖАТТЫҒУ Пальмитин қышқылы құрамында 16 көміртегі бар қаныққан май қышқылы. 1 моль пальмитин қышқылының катаболизмінен қанша моль ацетил-к о А түзіледі? 6-ЖАТТЫҒУ 1 моль пальмитин қышқылының β-тотығуынан қанша моль НАДН түзіледі? 317

318 18.4 КӨМІРСУЛАРДЫҢ КАТАБОЛИЗМІ Көмірсулар катаболизмінің бірінші сатысында глюкоза буындарындағы ацеталь тобы гидролизденіп глюкозаның жеке молекулаларын түзеді (15.14-бөлім). Глюкозаның əр молекуласы гликолиз немесе гликолиттік жол деп аталатын 10-сатылы реакцияда пируваттың екі молекуласына өзгереді (18.3-сурет) сурет 1 моль глюкозадан 2 моль пируват түзілетін фермент қатысындағы гликолиз реакциялары. Реакцияға катализатор ретінде қатысатын ферменттер: 318

319 1. Гексокиназа 2. Фосфоглюкоза изомераза 3. Фосфофруктокиназа 4. Альдолаза 5. Трифосфат изомераза 6. Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа 7. Фосфоглицераткиназа 8. Фосфоглицерат мутаза 9. Енолаза 10. Пируваткиназа. Глюкоза екі молекула пируватқа өзгереді. 1. Бірінші реакцияда глюкоза біз 18.2-бөлімде қарастырған глюкоза-6- фосфатқа өзгереді. 2. Глюкоза-6-фосфат ары қарай реакция механизмі 17.2-бөлімде қарастырылған фруктоза-6-фосфатқа изомерленеді. 3. Үшінші реакцияда АТФ екінші фосфорлы топ фруктоза-6-фосфатқа ауыстырады. Реакция өнімі фруктоза-1,6-дифосфат. 4. Төртінші реакция альдольді қосылу реакциясына кері реакция. Біз бұл реакция механизмін 17.3-бөлімде қарастырғанбыз. 5. Төртінші реакцияда түзілген дигидроксиацетон фосфат енол түзіп, содан кейін 3-фосфат глицерин альдегидіне өзгереді (егер С-1-дегі ОН тобы таутомерленсе). Бұл реакцияны 15.5-бөлімде берілген негіз қатысындағы қайта топтасу реакциясымен салыстырыңыздар. Дигидроксиацетон енол 3-фосфат глицерин Осылайша, D-глюкозаның əр молекуласы 3-фосфат глицерин альдегидінің екі молекуласына өзгереді Фосфат глицерин альдегидінің альдегидтік тобы тотығып 1,3-дифосфатглицерат түзіледі. Бұл реакцияда альдегид карбон қышқылына дейін тотығып, ары қарай одан фосфор қышқылының күрделі эфирі түзіледі. 319

320 7. Жетінші реакцияда 1,3-дифосфоглицерат АДФ фосфат тобын беріп, АТФ жəне 3-фосфорглицерат түзіледі. 8. Сегізінші изомерлену реакциясында 3-фосфоглицерат 2-фосфоглицератқа өзгереді. Реакцияда катализатор рөлін атқаратын ферменттің амин қышқылды бүйір тізбегінде фосфат тобы болады. Ол 3-фосфоглицераттың 2-орнына ауысып екі фосфорлы тобы бар аралық қосылыс түзіледі. Аралық қосылыс 3-орындағы фосфат тобын ферментке береді. 9. Тоғызыншы ракция фосфоенолпируват түзілетін дегидратация реакциясы. Ферменттің белсенді орталығындағы қышқылмен протонданған топ жеңіл бөлінеді (10.2-бөлім). 10. Гликолиздің соңғы оныншы реакциясында фосфоенолпируваттан фосфат тобы АДФ-қа ауысып, АТФ жəне пируват түзіледі. 7-ЖАТТЫҒУ Гликолиздің үшінші реакциясының механизмін көрсетіңіздер: фруктоза-6-дифосфат пен АТФ реакциясынан фруктоза-6-дифосфаттың түзілуі. 320

321 8-ЖАТТЫҒУ а. Гликолиздің қандай сатысына АТФ қатысады? ə. Гликолиздің қандай сатысында АТФ түзіледі? ЖАТТЫҒУДЫ ОРЫНДАУ ЖОЛЫ Глюкозаның пируватқа метаболиттік ыдырауында глюкозаның əр молекуласынан қанша АТФ молекуласы түзіледі? Біз алдыменен глюкозаның пируватқа өзгеруіне жұмсалатын АТФ мөлшерін есептеуіміз керек. Біз оның екі молінің қолданылатынын көрдік: бірі глюкоза1-фосфат түзілуіне жəне екіншісі фруктоза 1,6-дифосфат түзілуіне жұмсалады. Ары қарай қанша АТФ түзілетінін білуіміз керек. Пируватқа дейін ыдырайтын əрбір 3-фосфат глицерин альдегиді екі молекула АТФ түзеді. Глюкозаның əр молекуласы екі молекула 3-фосфат глицерин альдегидін түзетіндіктен, əр глюкоза молекуласынан 4 АТФ түзіледі. Қолданылған молекулаларды есептей отырып, біз глюкозаның əр молекуласының пируват жəне екі АТФ өзгеретіндігін көреміз. Енді 9-жаттығуға ауысайық. 9-ЖАТТЫҒУ 1 моль глюкоза НАД + қатысында қанша моль пируватқа өзгереді? 18.5 ПИРУВАТТЫҢ ТҮРЛЕНУІ Біз НАД + гликолиз реакциясында тотықтырғыш ретінде қолданылатындығын көрдік. Егер гликолиз реакциясы жалғаса беретін болса тотығу реакциясының нəтижесінде НАД + тотығып НАДН түзіледі де, қайтадан реакцияны жалғастыруда тотықтырғыш болуы үшін қайтадан НАД + тотығуы керек. Егер реакцияда оттегі болса, бұл НАДН қайтадан НАД + тотықтыратын тотықтырғыш; бұл катаболизмнің төртінші сатысында жүреді. Егер мысалы, бұлшық ет жасушаларының белсенділігі артқанда барлық оттегі жұмсалатын жағдайдағыдай реакцияда оттегі болмаса пируват НАДН НАД + кері тотығуына жұмсалатындықтан гликолиз өнімі ретіндегі пируват түзілмейді. Процесс барысында пируват лактатқа дейін (сүт қышқылы) тотықсызданады. Бұлшық еттегі жиырылуға жауап беретін сүт қышқылының жинақталуын сіздер физикалық күш түскенде байқайсыздар. НАДН пируваттың тотығуына қажетті оттегі бар қалыпты жағдайда (аэробты) ацетил-к о А өзгереді де, ол ары қарай лимон қышқылының цикліне түседі. Бұл үш фермент пен бес коферментті қажет ететін реакция пируват-дегидрогеназамен 321

322 катализденеді. Біз коферменттердің бірі тиаминпирофосфат екендігін көрдік. Кофермент бір бөліктегі екі көміртегі атомын екінші бөлікке тасымалдауда катализатор болатын ферменттің құрамына кіреді (17.7-бөлім). Бұл реакцияда пируваттағы ацетил тобының екі көміртегі атомы коэнзим А-ға ауысады. Біз жаңа ғана анаэробты (оттексіз) жағдайда пируваттың лактатқа тотықсызданбайтындығын көрдік. Мұндай жағдайда ашытқыда пируват басқаша өзгеріске ұшырайды. Ол ацетальдегидке пируват декарбоксилаза ферменті қатысында декарбоксилденеді. Ал тиаминпирфосфатқа қажетті ферментпен реакция механизмі 17.7-бөлімде қарастырылған. Бұл жағдайда НАДН НАД + дейін қайтадан тотығуы арқылы адамдар өте ертеден шарап, сыра жасау процесінде қолданатын ацетальдегидтен этанолдың түзілуіне əкеледі. 10-ЖАТТЫҒУ Пируват лактатқа өзгергенде пируваттың қандай функционалдық топтары тотықсызданады? 11-ЖАТТЫҒУ Пируват ацетальдегидке дейін өзгергенде қандай кофермент қолданылады? 12-ЖАТТЫҒУ Ацетальдегид этанолға дейін өзгергенде ацетальдегидтің қандай функционалдық тобы тотықсызданады? 13-ЖАТТЫҒУ Ацетальдегидтің НАДН қатысында этанолға дейін тотықсыздану реакциясының механизмін көрсетіңіздер. (көмекке: 17.5-бөлімді қараңыздар) АҚУЫЗДАРДЫҢ КАТАБОЛИЗМІ Ақуыздардың катаболизмінің бірінші сатысында ақуыздар амин қышқылдарына дейін гидролизденеді. 322

323 Катаболизмнің екінші сатысында амин қышқылдары ацетил-к о А, пируват немесе амин қышқылдарына байланысты лимон қышқылы циклінің аралық өніміне өзгереді. Бұл катаболизмнің екінші сатысындағы өнімдер лимон қышқылының цикліне кіреді. Ал катаболизмнің үшінші сатысында ары қарай метаболизм үрдісі жүреді. Біз мысал ретінде фенилаланиннің сіңірілгеннен кейінгі катаболизмін қарастырамыз (18.4-сурет). Фенилаланин алмастырылмайтын амин қышқылы, сондықтан ол біздің тамақ рационымызда болуы керек (16.1-бөлім). Фенилаланин гидроксилаза ферменті фенилаланинді тирозинге өзгертеді. Осылайша тирозин егер біздің рационымызда фенилаланин жетіспесе алмастырылмайтын қышқыл болмайды. Амин қышқылдары катаболизмінің алғашқы реакциясы көбінесе амин қышқылдарының амин тобы кето топпен алмастырылатын трансаминдеу реакциясы (17.9-бөлім). п-гидроксифенилпируват фумарат пен ацетил-коа реакцияларында түзілетін тирозиннің туындысы. Фумарат лимон қышқылы цикліндегі аралық өнім, сондықтан ол лимон қышқылы цикліне кіреді, ал ацетил-к о А циклге цитрат түзуі үшін оксалоацетатпен əрекеттесуі арқылы түседі (18.7-бөлім). Бұл катаболизм жолдарының əр реакциясы басқа ферменттер қатысында жүреді. фенилаланин фенилаланин гидроксилаза тирозин тирозин аминотрансфераза ФП п-гидроксифенилпируват п-гидроксифенилпируват диоксигенаназа меланин норадреналин гомогентисат гомогентисат диоксигеназа адреналин фумарат ацетил-к о А 18.4-сурет Фенилаланиннің катаболизмі 323

324 Бұдан басқа біз энергия алу үшін пайдаланылған амин қышқылдары, сондай-ақ ақуыздардың жəне денеге қажетті басқа да қосылыстардың синтезіне де жұмсалады (20.8-бөлім). Мысалы, тирозин терінің пигменттеріне жауап беретін нейромедиаторлар (допамин жəне адреналин) мен меланиннің синтезіне жұмсалады. SAM (S-аденозилметионин) адреналин алу үшін норадреналинді метилдеуші реагент ретінде қолданылатындығын естеріңізге түсіріңіздер (9.14-бөлім). Амин қышқылдары ацетил-к о А, пируват немесе лимон қышқылы циклінің аралық өніміне өзгереді. ФЕНИЛКЕТОНУРИЯ (ФКУ): ТУА БІТКЕН ЗАТ АЛМАСУ ПРОЦЕСІНІҢ БҰЗЫЛУЫ Шамамен, дүниеге келген сəбидің бірінде фенилаланинді тирозинге өзгертетін фенилаланингидроксилаза ферменті болмайды. Бұл генетикалық ауру фенилкетонурия (ПКУ) деп аталады. Фенилаланингидроксилаза болмаса фенилаланин артық мөлшерде жинақталып, концентрациясы жоғары болғанда фенилпируватқа трансаминденеді. Фенилпируваттың жоғарғы мөлшері несепте болады жəне аурудың атауы да осыған байланысты аталған. Америка Құрама Штаттарында дүниеге келген сəбилер 24 сағаттан кейін қан сарысуындағы фенилаланингидроксилазаның болмауынан жинақталатын фенилаланин мөлшерін тексеру тестінен өтеді. Оның деңгейі жоғары болса сəбилер бірден фенилаланиннің мөлшері аз жəне тирозиннің мөлшері көп диетаға отырғызылады. Фенилаланин деңгейі 5-10 жасқа дейін бала жайсыз əсерлерді сезінбегенше аса қатаң бақылауда болады. Сіздер тəтті дəмдеуіштер қосылған тағамдар салынған контейнердегі фенилаланин бар деген ескертулерді көрген боларсыздар. (Бұл тəтті дəмдеуіштердің L- аспартат жəне L-фенилаланиннің метил эфирлерінің дипептидтері екендігін естеріңізге саламыз, бөлімді қараңыздар). Егер диета бақыланбаса баладан бірнеше айдан соң ақыл есінің кемістігі байқалады. Емделмеген балалардың терісі бозарып, жанұясындағы басқа адамдарға қарағанда шашы реңсіз болады. Себебі тирозиннің жоқтығынан терінің қара пигменті меланин синтезделмейді. Фенилкетонуриядан емделмеген балалардың жартысы 20 жыл ғана өмір сүреді. Егер əйелдер ФКУ ауруымен жүкті болса, онда ол фенилаланиннің мөлшері аз диетаға отыруы керек. Себебі фенилаланиннің көп мөлшері баланың аномальді өсуіне əкеледі. АЛКАПТАНУРИЯ Фенилаланиинің дегидратациясына қажетті ферменттің жетіспеушілігінен пайда болатын генетикалық аурудың екінші түрі алкаптанурия деп аталады. Ол гомогентисат диоксигеназа ферментінің болмауынан пайда болады. Бұл ферменттің болмауының зиянды əсері несептің қараюы. Алкаптануриямен ауыратын адамдардың несебі қараяды, себебі гомогентисат бөлінгенде ауада тотығып қараяды. 324

325 14-ЖАТТЫҒУ Трансаминдеу үшін қандай фермент қолданылады? (Көмекке: 17.9-бөлімді қараңыздар). 15-ЖАТТЫҒУ Аланин сияқты алмастырылмайтын амин қышқылдары трансаминдеу реакциясына түссе, қандай қосылыс түзіледі? 18.7 ЛИМОН ҚЫШҚЫЛЫ ЦИКЛІ Бұрын айтылғандай лимон қышқылының циклі катаболизмнің үшінші сатысы. Мұндағы реакциялар ацетил-к о А əр молекуласының ацетил тобы майлардың, көмірсулардың жəне амин қышқылдарының катаболизмінен түзіліп, екі СО 2 молекуласына дейін ыдырайды. ацетил-к о А Сегіз сатыдан тұратын реакция циклді деп аталады, себебі сегізінші реакция өнімі (оксалоацетат) бірінші реакция реагенті болғандықтан тұйықталады (18.5- сурет). 1. Бірінші реакцияда ацетил-к о А оксалоацетатпен əрекеттесіп цитрат түзеді. Бұл реакция альдольді қосылу реакциясына ұқсас (13.5-бөлім). Реакция механизмі аспартат ферментінің бүйір тізбегі ацетил-к о А α-көміртегінен протонды бөліп оксалоацетаттың карбонилді көміртегін шабуылдайтын нуклеофил пайда болады. Карбонилді оттегі гистидиннің бүйір тізбегінен протонды бөледі. Аралық өнім цитраттың гидролизінен пайда болады. 2. Екінші реакцияда цитрат изомері изоцитратқа өзгереді. Реакция екі сатыдан тұрады. Бірінші саты дегидратация реакциясы (10.3-бөлім); серин ферменттің бүйір тізбегінен протонды бөліп, кететін ОН тобы гистидиннің бүйір тізбегін протондап 325

326 оның əлсіз негіз (Н 2 О) болуына əкеледі, нəтижесінде ол жеңіл бөлінеді. Екінші сатыда изоцитраттың аралық формасына су қосарлана қосылады (12.10-бөлім). ацетил-к о А АДН, Н + цитрат НАД + оксалоацета (S)-малат изоцитрат НАД + фумарат НАДН, Н + ФАДН 2 α-кетоглутарат ФАД сукцинат ГТФ + К о АН ГДФ + НРО 3 2- НАДН сукцинил-к о А НАД + + К о АН 18.5-сурет Лимон қышқылы циклі реакциялары фермент қатысында ацетил-к о А тотығып, ацетил тобынан екі СО 2 молекуласы түзіледі. Реакцияға қатысатын катализаторлар: 1. Цитрат синтаза 5. сукцинил-к о А синтаза 2. аконитаза 6. сукцинат дегидрогеназа 3. изоцитрат дегидрогеназа 7. фумараза 4. α-кетоглутарат дегидрогеназа 8. малат дегидрогеназа 326

327 3. Үшінші реакция да екі сатыдан тұрады. Бірінші сатыда НАД + изоцитраттың екіншілік спирттік тобы кетонға дейін тотықтырады. Екінші сатыдан кетоннан СО 2 тобы бөлінеді. Біз СОО - тобы аралас көміртегімен байланысқанын жəне электрондардың карбонилді оттегінде делокализацияланатындықтан карбонилді көміртегінің бөлінетіндігін көрдік (13.8-бөлім). Алынған енолят ионы кетонға таутомерленеді (13.3-бөлім). 4. Төртінші реакция ол да тотығу реакциясы. Бұл реакцияда екінші СО 2 молекуласы бөлінеді. Оған ферменттер тобы мен пируват дегидрогеназа жүйесіне қажетті ацетил-к о А түзетін бес кофермент керек (18.5-бөлім). Реакция өнімі сукцинил- К о А. 5. Бесінші реакция екі сатыда жүреді. Сукцинил фосфат түзілуі үшін фосфаттың сутегі атомы нуклеофилді ацилді орынбасу реакциясына түсіп сукцинил-к о А-мен əрекеттеседі (11.5-бөлім). Сукцинил фосфат өзінің фосфат 327

328 тобын ферментке береді де, кейіннен оны гуанозин-дифосфатқа (ГДФ) беріп, гуанозин трифосфат (ГТФ) түзіледі. ГТФ фосфат тобын АДФ беріп АТФ түзіледі. ГДФ ГТФ 6. Алтыншы реакцияда ФАД сукцинатты фумаратқа дейін тотықтырады, ол реакцияны біз 17.6-бөлімде қарастырғанбыз. 7. Фумараттың (S)-малат формасының қос байланысына судың қосарлана қосылуы (12.10-бөлім). Біз не себепті бір ғана энатиомердің түзілетіндігін бөлімде көргенбіз. 8. Оксалоацетаттың (S)-малат формасының екіншілік спирттік тобының тотығып, циклдің бастапқы қалпына келуі. Оксалоацетат басқа ацетил-коа молекуласымен əрекеттесіп оның ацетил тобын екі СО 2 молекуласына дейін түрлендіру үшін циклді қайтадан бастайды. Лимон қышқылы циклінің 6, 7 жəне 8 реакцияларының май қышқылдары тотығатын 1, 2 жəне 3 реакцияларына ұқсас екендігіне назар аударыңыздар (18.3- бөлім). 16-ЖАТТЫҒУ Изоцитраттың қандай функционалдық тобы лимон қышқылы циклінің үшінші реакциясында тотығады? 17-ЖАТТЫҒУ Лимон қышқылының цикліне кіретін ацетил-к о А молекуласының əрқайсысынан қанша СО 2 молекуласы түзіледі? 18-ЖАТТЫҒУ Лимон қышқылының циклі үш карбон қышқылының циклі деп те аталады. Лимон қышқылы цикліндегі қандай аралық қосылыстар үш карбон қышқылдарына жатады? 18.8 ТОТЫҚТЫРУ АРҚЫЛЫ ФОСФОРЛАУ Лимон қышқылы циклінің əр сатысында 3 молекула НАДН, 1 молекула ФАДН 2 жəне 1 молекула АТФ түзіледі. НАДН жəне ФАДН 2 молекулалары катаболизмнің төртінші сатысында тотығып, фосфорланады да қайтадан ФАД тотығады. Тотығу арқылы фосфорланатын əр НАДН-тан 3 молекула АТФ жəне ФАДН 2 -ден 2 молекула АТФ түзіледі. 328 НАДН НАД + + ФАДН 2 ФАД + 2АТФ 3АТФ

329 Осылайша, лимон қышқылы цикліне кіретін ацетил-к о А əр молекуласы үшін циклде НАДН-тан 11 молекула АТФ жəне ФАДН 2 -ден 1 молекула АТФ түзіледі. 3НАДН + ФАДН 2 + АТФ 3НАД + + ФАД + 12АТФ 19-ЖАТТЫҒУ Ацетил-К о А молекуласы СО 2 дейін ыдырағанда тотығып, фосфорлау арқылы НАДН жəне НАДН 2 түзілгенде қанша молекула АТФ түзіледі? 18.9 АНАБОЛИЗМ Анаболизмді катаболизмге кері процесс деп қарастыруға болады. Анаболизмде ацетил-к о А, пируват жəне лимон қышқылы цикліндегі аралық өнімдер май қышқылдары, көмірсулар жəне амин қышқылдары Тотығу арқылы фосфорланғанда əр НАДН молекуласы 3 молекула АТФ жəне ФАДН 2 əр молекуласынан екі молекула АТФ түзіледі. синтезінің бастапқы өнімдері түзіледі. Биологиялық жүйелердегі май қышқылдары мен ақуыздар синтезінің механизмі жəне 20.8-бөлімдерде қарастырылған. НЕГІЗГІ ЗАТ АЛМАСУ Сіздің негізгі зат алмасуыңыз (НЗА) бұл сіздің күнделікті жұмсайтын калорияңыз. Адамның НЗА жынысына, жасына жəне генетикасына байланысты. Ол əйелдерге қарағанда ер адамдарда, ал үлкен адамдарға қарағанда жастарда көп болады. Кейбір адамдардың туылған кезінен бастап зат алмасу процесі жылдам жүреді. Сондай-ақ НЗА организмдегі майдың мөлшеріне де əсер етеді. Майдың мөлшері көп болған сайын НЗА процесі төмен болады. Адамдар үшін орташа НЗА 1600 ккал /күніне. Сондай-ақ калорияның көп мөлшері негізгі зат алмасуды қалыпты ұстау үшін, физикалық күш түскенде энергия алу үшін де қажет. Сіз неғұрлым белсенді болсаңыз сол салмағыңызды ұстап тұру үшін энергияны көбірек жұмсайсыз. НЗА қажетті энергия мөлшерінен артық мөлшердегі энергияны пайдалансаңыз, онда сіз артық салмақ қосасыз. Егер аз қабылдасаңыз керісінше салмақ жоғалтасыз. ҚОРЫТЫНДЫ Метаболизм тірі ағзадағы энергия алу мен қажетті қосылыстар синтезделетін реакциялар. Метаболизмді екіге бөлуге болады: катаболизм жəне анаболизм. Катаболиттік реакциялар күрделі молекулаларды энергия алу үшін қарапайым молекулаларға дейін ыдыратады. АТФ химиялық энергияның негізгі шикізат көзі. АТФ арқылы жеңіл бөлінетін топ кетіп реакцияның жүруіне жағдай жасайды, ал егер нашар бөлінетін топ болса реакция жүрмейді. Бұл реакция фосфорангидридтік байланыстың үзілуінен АТФ фосфат тобының нуклеофилге берілуі 329

330 арқылы жүреді. Катаболизм төрт сатыда жүреді. Бірінші сатыда майлар, көмірсулар жəне ақуыздар май қышқылдары, моносахаридтер жəне амин қышқылдарына дейін ыдырайды. Екінші сатысында бірінші сатыда алынған өнімдер лимон қышқылы цикліне кіретін қосылыстар түзіледі (үшінші саты). Лимон қышқылы цикліне кіруі үшін қосылыстар лимон қышқылы цикліндегі аралық өнімдер, ацетил-к о А немесе пируват болуы керек. Катаболизмнің екінші сатысында май қышқылды ацил-к о А β-тотығу арқылы ацетил-к о А өзгереді. Төрт сатылы реакция барлық май қышқылы ацетил-к о А толық өзгермегенше қайталана береді. Катаболизмнің екінші сатысында глюкоза 10 сатыдан тұратын гликолиз деп аталатын реакцияда пируваттың екі молекуласына өзгереді. Қалыпты жағдайда (аэробты) пируват ацетил-к о А өзгеріп, соңынан лимон қышқылы цикліне түседі. Амин қышқылдары катаболизмнің екінші сатысында ацетил-коа, пируват немесе лимон қышқылы цикліндегі аралық өнімдерге дейін ыдырайды. Біздің ағзамызға түскен амин қышқылдары энергияға жəне ақуыздар мен ағзаға қажетті басқа қосылыстардың синтезіне жұмсалады. Лимон қышқылының циклі катаболизмнің үшінші сатысы. Ол ацетил-к о А əр молекуласындағы ацетил тобын екі молекула СО 2 дейін ыдырататын сегіз реакциядан тұрады. Метаболиттік энергия АТФ энергиясымен өлшенеді. Тотықтыру арқылы фосфорлауда катаболизмнің екінші жəне үшінші сатысында əр НАДН жəне ФАДН тотығу реакциясының нəтижесінде сəйкесінше үш жəне екі молекула АТФ түзіледі. ЖАТТЫҒУЛАР 20. Келесі жағдайлардағы анаболиттік немесе катаболиттік жолдарды көрсетіңіздер: а. Энергияны АТФ түрінде бөледі. ə. Алдымен тотығу реакциялары жүреді. 21. Галактоза гликолиттік циклге кіреді, бірақ ол алдымен АТФ əрекеттесіп галактоза-1-фосфат түзеді. Осы реакция механизмін көрсетіңіздер. 22. Пируват гликолиздің оныншы реакциясындағы жеңіл бөлінетін топ. Бұл топ не себепті жеңіл бөлінеді? 23. Пируват НАДН қатысында лактатқа дейін тотықсызданады. НАДН-тан қандай сутегі атомы лактатқа беріледі? 24. Лимон қышқылы циклінде қандай реакцияда жаңа асимметриялық орталығы бар өнім түзіледі? 25. Егер 3-фосфоглицераттағы фосфор атомы радиоактивті деп белгіленген болса, 2-фосфоглицерат түзілетін реакцияда ол қандай орында радиоактивті болады? 330

331 26. Глюкозаның көміртегі атомдарының саны пируваттың карбоксилді тобына ауысқанда қанша болады? глюкоза 27. Глюкоза анаэробты жағдайда этанолға ыдырағанда қанша көміртегі атомы болады? көміртегі бар қаныққан май қышқылды ацил-к о А β-тотығуынан қанша молекула ацетил-к о А алынады? көміртегі бар қаныққан май қышқылды ацил-к о А бір молекуласының толық метаболизмінен қанша молекула СО 2 алынады? көміртегі бар қаныққан май қышқылды ацил-к о А бір молекуласының β- тотығуынан қанша молекула АТФ алынады? көміртегі бар қаныққан май қышқылды ацил-к о А бір молекуласының β- тотығуынан қанша молекула НАДН жəне ФАДН 2 алынады? көміртегі бар қаныққан май қышқылды ацил-к о А бір молекуласының β- тотығуында түзілетін НАДН жəне ФАДН 2 қанша АТФ молекуласы алынады? көміртегі бар қаныққан май қышқылды ацил-к о А бір молекуласының толық метаболизмінен (катаболизмнің төртінші сатысы) қанша молекула АТФ алынады? 34. Глюкоза молекуласының толық метаболизмінен қанша молекула АТФ түзіледі? (катаболизмнің төртінші сатысы). (Ескерту: НАДН бір молекуласы ацетил-к о А өзгеретін əр пируват молекуласынан түзіледі). 35. Көптеген май қышқылдарында көміртегі атомдарының жұп саны болады жəне ацетил-к о А толық метаболизденеді. Көміртегі атомдары тақ санды май қышқылдары ацетил-к о А жəне 1 эквивалент пропионил-к о А дейін метаболизденеді. Келесі реакцияда пропионил-к о А лимон қышқылы цикліндегі аралық өнім сукцинил-к о А өзгереді де, ары қарай метаболизденеді. Фермент қатысындағы əр реакцияға коферменттер қатысады. Əр сатыдағы коферментті анықтаңыздар. Дəрумендер қандай коферменттерден алынады? пропионил-к о А метилмалонил-к о А сукцинил-к о А 331

332 ЛИПИДТЕРДІҢ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯСЫ 19-ТАРАУ Липидтер тірі ағзаларда кездесетін полюссіз еріткіштерде еритін органикалық заттар. Липидер олардың құрылысы негізінде емес, физикалық қасиеттері, еріткіштігі бойынша классификацияланады. Липидтердің құрылысы мен қызметтерінің əртүрлілігі келесі мысалда көрсетілген: 332

333 Липидтердің полюссіз еріткіштерде еру қабілеттілігі олардың «майлылығына» жауап беретін көмірсутекті компоненттері. Липид сөзі гректің «lipos» май деген сөзінен шыққан МАЙ ҚЫШҚЫЛДАРЫ Май қышқылдары карбон қышқылдарының ұзын көмірсутекті тізбегінен тұратын липидтердің негізгі топтары. Табиғатта жиі кездесетін май қышқылдары 19.1-кестеде берілген. Табиғатта көп кездесетін май қышқылдары тармақталмаған тізбекті жəне ондағы көміртегі атомдары екі көміртегі атомынан тұратын ацетаттан синтезделетіндіктен тақ санды болады (13.11-бөлім). Май қышқылдары сутегімен қаныққан (сондықтан оларда көміртек-көміртекті қос байланыстары болмайды) немесе қанықпаған (көміртек-көміртекті қос байланысы бар) болады. Құрамында бір қос байланыстан көп май қышқылдары полиқанықпаған май қышқылдары деп аталады. Қаныққан май қышқылдарының молекулааралық Ван-дер-Ваальстік өзара əрекеттесу əсерінен молекулалық массасының артуына қарай балқу температуралары жоғары болады (3.7-бөлім). Сондай-ақ, қанықпаған май қышқылдарының молекулалық массасы артқан сайын балқу температуралары да артады (19.1-кесте) кесте. Табиғатта жиі кездесетін май қышқылдары көміртегі саны жалпы атауы 12 лаурин қышқылы жүйелік атауы додекан қышқылы қаныққан құрылысы балқу температурасы, о С миристин қышқылы 16 пальмити н қышқылы 18 стеарин қышқылы тетрадекан қышқылы гексадекан қышқылы октадекан қышқылы арахин қышқылы эйкозан қышқылы пальмити н қышқылы (9Z)- гексадекен қышқылы қанықпаған 0 18 олейн қышқылы (9Z)-октадекен қышқылы линол қышқылы (9Z,12Z)- октадекадион қышқылы

334 18 линолеин қышқылы 20 арахидон қышқылы (9Z,12Z,15Z)- октаде-катрион қышқылы (5Z,8Z,11Z,14Z) - эйкозатетраен қышқылы EPA (5Z,8Z,11Z,14Z, 17Z)- эйкозапентен қышқылы -50 Қанықпаған май қышқылдарының құрамындағы қос байланыстар цисконфигурацияда болады жəне бір СН 2 тобымен ажыратылады. Цис-конфигурациядағы қос байланыстардан молекула иіліп, қаныққан қышқылдардағыдай нығыз орналасуына мүмкіндік бермейді. Нəтижесінде қанықпаған май қышқылдарының молекула аралық əрекеттесуі аз болады, осыған байланысты олардың балқу температурасы молекулалық массасы бірдей қаныққан қышқылдармен салыстырғанда біршама төмен болады (19.1-кесте). Қанықпаған май қышқылдарының балқу температурасы қос байланыстар саны артқан сайын төмендейді. Мысалы, 18 көміртекті май қышқылы 69 С температурада балқиды, ал оның қаныққан түрі 13 С-да, егер құрамында бір үш байланыс болса -5 о С-да, егер үш қос байланыс болса -11 о С температурада балқиды. 334

335 1-ЖАТТЫҒУ Келесі май қышқылдарының балқу температураларының айырмашылықтарын түсіндіріңіздер: а. пальмитин қышқылы жəне стеарин қышқылы ə. пальмитин қышқылы жəне пальмитолеин қышқылы б. олеин қышқылы жəне линол қышқылы 3-D молекула: стеарин қышқылы; олеин қышқылы; линол қышқылы; линолеин қышқылы ОМЕГА МАЙ ҚЫШҚЫЛДАРЫ Омега термині қанықпаған май қышқылдарының құрамындағы соңғы метил тобынан бастап орналасқан қос байланыстың орнын көрсетеді. Мысалы, линолей қышқылы омега-6-май қышқылы деп аталады. Себебі, оның құрамындағы алтыншы көміртегіден кейін қос байланыс орналасқан жəне линолеин қышқылы омега-3-май қышқылы деп аталады, себебі оның құрамындағы қос байланыс үшінші көміртегінен кейін орналасқан. Ұсақ қоректілерде С-9 көміртегінен (карбоксилді көміртегі С-1) кейін қос байланысты енгізетін фермент жоқ. Линол қышқылы мен линолеин қышқылдары алмастырылмайтын қышқылдар, яғни ұсақ қоректілердегі алмастырмайтын май қышқылдары жəне ағзада синтезделмейді. Бірақ олар ағзаның дұрыс жұмыс жасауы үшін қажет, сондықтан ол олардың тағамдық рационына кіруі керек. Линол қышқылы мен линолеин қышқылдары олардың тағамдық рациондарына кіруі керек. 335

336 19.2 ЖОҒАРЫ МОЛЕКУЛАЛЫ БАЛАУЫЗДАР ЭФИРЛЕРДІҢ САЛМАҒЫ Балауыздар карбон қышқылдары мен спирттердің ұзын тізбекетерінен түзілген күрделі эфирлер. Мысалы, ара балауызы 26 көміртекті карбон қышқылы мен 30 көміртекті спирттен түзілген ара ұясын құрастырушы негізгі материал. Карнауб балауызы оның молекулалық массасының жоғары болуына байланысты қатты болады. Карнауб балауызы автомобиль желімі жəне еденге жылтыратқыш ретінде қолданылады. Балауыздар тірі ағзаларда кеңінен таралған. Құстардың қауырсынында су жұқтырмас үшін балауызбен қапталған қабаты болады. Кейбір бауырмен жорғалаушылардың ағзасынан өздерінің жүнінің жабысқақтығын сақтау жəне су жұқпас үшін балауыз бөледі. Жəндіктерде су өткізбес үшін экзоқаңқаларында балауыз қабаты болады. Сондай-ақ, балауыз кейбір жапырақтар мен жемістердің беткі қабатында паразиттерден қорғау жəне судың аз булануы үшін де кездеседі. ара ұясындағы балауыз қабаттары Қауырсындағы жаңбыр тамшылары 19.3 ҚАТТЫ МАЙЛАР МЕН СҰЙЫҚ МАЙЛАР Триглицеридтер глицериннің үш ОН топтарымен жоғарғы карбон қышқылдарынан түзілген күрделі эфирлер (19.1-бөлім). 336

337 Егер қосылыс осындай май қышқылдары мен триглицеридтердің үш компонентінен құралса жай триглицеридтер деп аталады. Аралас триглицеридтерде екі немесе үш түрлі май қышқылдарының компоненттері болады жəне жай триглицеридтерге қарағанда жиі кездеседі. Бір шикізаттан алынған триглицеридтердің барлық молекулалары міндетті түрде бірдей болмайды. Мысалы, шошқа жəне зəйтүн майлары əртүрлі триглицеридтердің қоспасынан тұрады (19.2-кесте). Бөлме температурасында қатты немесе жартылай қатты триглицеридтер қатты майлар деп аталады. Қатты майлар көбінесе жануарлардан алынады жəне негізінен құрамында қаныққан май қышқылдарынан жəне тек бір ғана қос байланысы бар май қышқылдарынан тұратын триглицеридтер болады. Қаныққан май қышқылдарының соңғы жағы тығыз орналасады, сондықтан мұндай триглицеридтердің балқу температурасы жоғары болады. Осыған байланысты олар бөлме температурасында қатты күйде болады кесте. Кейбір қатты жəне сұйық майлар құрамындағы май қышқылдарының пайыздық мөлшері. Қаныққан май қышқылдары Қанықпаған қышқылдары май t балқу, ( о С) лаурин С 12 миристин С 14 пальмитин С 16 стеарин С 18 олеин С 18 линол С 18 линолеин С 18 жануар майлары сары май шошқа майы адам майы кит майы өсімдік майлары жүгері

338 19.2-кестенің жалғасы мақта зығыр зəйтүн жер жаңғақ сафлор күнжіт соя я Сұйық триглицеридтер сұйық майлар деп аталады. Сұйық майларды көбінесе жүгері, соя, зəйтүн жəне жер жаңғағы сияқты өсімдік өнімдерінен алады. Олар негізінен қанықпаған май қышқылдарынан құрылған триглицеридтерден тұрады, сондықтан бір-біріне нығыз орналаса алмайды. Осыған байланысты олардың балқу температуралары төмен жəне бөлме температурасында сұйық болады кестеде берілген қатты майлар мен сұйық майлардың құрамын салыстырыңыздар. Полиқанықпаған сұйық майлардағы кейбір немесе барлық қос байланыстар каталитикалық гидрленеді. Маргаринді күнбағыс немесе соя сияқты өсімдік майларын қажетті консистенцияға жеткенше гидрлеу арқылы алады. Гидрлеу реакциясын қатаң бақылау керек, себебі көміртек-көміртекті қос байланысының тотықсыздануы сиыр майы сияқты консистенцияға дейін жүреді. Кейбір транс жағдайдағы қос байланыстар осындай үрдіс кезінде пайда болады (5.12-бөлім). 338

339 Сұйық майлар тағам дайындауда көп қолданылады, себебі кейбір зерттеулер жүрек ауруларының пайда болуын қаныққан майларды пайдаланумен байланыстырады. Соңғы зерттеулер қанықпаған майлардың да жүрек ауруына əкелетіндігін көрсеткен. Əйтсе де құрамында 20 көміртегі болатын бес қос байланысы бар қанықпаған ЕРА деген атпен Қанықпаған май қышқылдарының балқу температурасы қаныққан май қышқылдарымен салыстырғанда біршама төмен болады. белгілі май қышқылы көп мөлшерде балық майында кездеседі жəне кейбір жүрек ауруларының асқынуын тежейді. Тағамдық қатты майлар организмге түскеннен кейін гидролизге ұшырап, глицерин мен май қышқылдарына ыдырайды (18.3- бөлім). Біз қатты майлар гидролизінің, негізінен глицерин мен сабын деген атпен белгілі май қышқылдарының тұздарына ыдырайтындығын көрдік (11.10-бөлім). Бұл Паффинің қорегінде балық майының мөлшері көп. 2-ЖАТТЫҒУ Глицерил трипальмитолеат немесе глицерилтрипальмитаттың қайсысының балқу температурасы жоғары болады? 3-ЖАТТЫҒУ Гидролизденгенде глицерин жəне бір эквивалент лаурин қышқылы мен екі эквивалент стеарин қышқылы түзілетін оптикалық белсенді емес қатты майдың құрылысын көрсетіңіздер. 339

340 4-ЖАТТЫҒУ Гидролиз нəтижесінде 3-жаттығудағыдай өнімдер түзілетін оптикалық белсенді қатты майдың құрылысын көрсетіңіздер. Жануарлардың тері қабатының астында энергия көзі мен қорғаныш рөлін атқаратын май жасушаларының қабаты болады. Ер адамдардағы майдың орташа мөлшері 21%, ал əйел адамдарда 25% құрайды. Май метаболиттік энергиядан гидратты гликогенмен салыстырғанда алты есе көп мөлшерде болады, себебі майлар көмірсуларға қарағанда аз тотығады жəне майлар полюссіз болғандықтан, сумен байланыспайды. Бұған керісінше, гликоген салмағының үштен екі бөлігі су (15.14-бөлім). Адамдардың ағзалары метаболиттік қажеттілігін екі-үш ай бойы қамтамасыз ету үшін майды ұзақ сақтап тұра алады, ал метаболиттік қажеттілікті қамтамасыз ететін көмірсуларды тек 24 сағаттан аз уақыт қана сақтай алады. Сондықтан көмірсулар қысқа уақытты энергия көзі ретінде қолданылады. Полиқанықпаған қатты майлар мен сұйық майлар О 2 -мен тізбекті радикалдық реакция көмегімен жеңіл тотығады. Иницирлеу сатысында радикал екі қос байланыстағы СН 2 тобынан сутегін бөледі. Бұл сутегі атомы жеңіл бөлінеді, себебі жұпсыз электрон үш көміртегі атомдарын бөледі. (Жасыл меңзерлердің бір резонанстық құрылымға жəне қызыл меңзердің екіншісіне ауысатындығын көрсететіндігіне қараңыздар). Май қышқылдарының О 2 -мен реакциясы олардың ашуына əкеледі. Ашыған сүтпен қышқылданған майдың жағымсыз дəмі мен иісі тотығу реакцияларының өткір иісті өнімдері. 3-D молекула:олестра 5-ЖАТТЫҒУ С-10 арахидон қышқылынан сутегі атомы бөлінгенде түзілетін радикалдың резонанстық құрылымын көрсетіңіздер. 340

341 ОЛЕСТРА: МАЙСЫЗДАНДЫРЫЛҒАН ХОШ ИІСТІ Химиктер тағамдардың хош иісін сақтап, калориясын төмендету жолдарын іздестірді. Адамдардың көбі «майсыз» деген сөз «иіссіз» сөзінің синонимі емес деп ойлайды. Проктер энд Гэмбл 30 жылда майды алмастырғышты іздестіріп 2 миллиард доллар қаражат жұмсаған жəне оны олестра деп атаған. Тағам өнімдері мен медикаменттерден алынған 150-дей зерттеу нəтижелерін қарастырғаннан кейін ( бөлім) 1996 жылы Олестраны тіске басар ретінде қолдануға салынған тыйым мақұлданады. Олестра жартылай синтетикалық қосылыс. Яғни, табиғатта кездеспейді, бірақ оның құрам компоненттері кездеседі. Қосылыс біздің тағамдық рационымыздың қалыпты бөлігі, бірақ жаңа алынатын қосылыс улы болуы да мүмкін. Олестра сахарозаның барлық гидроксил топтарын мақта жəне соя майларынан алынатын май қышқылдарымен этерификациялау арқылы алынады. Осылайша, оның құрам бөлігі асхана қанты мен өсімдік майы болады. Оның эфирлік байланыстары кеңістіктік кедергілерге байланысты асқазан ферментімен қиын гидролизденеді. Олестрада қатты майдың дəмі бар, бірақ ол қорытылмайды, сондықтан энергетикалық құндылығы жоқ. 341

342 БҮКІР КИТ ЖƏНЕ ЭХОЛОКАЦИЯ Киттердің басы өте үлкен жалпы салмағының 33% құрайды. Олардың басының төменгі жағында май көп жинақталады. Бұл май киттің ағзасындағы кəдімгі май мен тағамдық майдан өзгеше болады. Бұл майды қорыту үшін анатомиялық өзгерістер қажет болғандықтан жануар ағзасы үшін оның кейбір маңызды қызметі де бар. Қазіргі уақытта май дыбыс импульстарының кері қайтуын талдау арқылы ақпарат алудағы эхолакация үшін қолданылады. Киттің басындағы май бағытталған сəуле шығарған дыбыс толқындарын қабылдайды жəне төменгі жағындағы майлы мүшесі шыққан дыбыстарды қабылдайды. Бұл орган дыбысты өңдеу үшін миға жіберіп, китті терең су астындағы өзгерістермен жəне су жағалауы жайлы ақпараттармен қамтамасыз етеді. Киттің басы мен жағында жинақталған май оны ерекше акустикалық сенсорлы жүйемен қамтамасыз етеді жəне дыбыс бағытына сезімталдығы жоғары акуламен тіршілік үшін күресуіне көмектеседі. Оңтүстік Африкадағы судан шыққан бүкір кит 19.4 ФОСФОЛИПИДТЕР МЕМБРАНА КОМПОНЕНТТЕРІ Ағза қажетті жағдайда жұмыс жасау үшін оның кейбір мүшелері басқа бөліктерінен бөлек болуы қажет. Жасуша деңгейінде, мысалы, жасушадан тыс басқа бөліктеріне бөлектенуі керек. «Майлы» липидтік мембраналар осындай қызмет атқарады. Ұяшықтардағылардан бөлектеуге қосымша мембраналар жасушаларға жəне одан органикалық молекулалар мен иондардың селективті тасымалдануын қамтамасыз етеді. Фосфоглицеридтер (фосфоацилглицеролдар деп те аталады) фосфат тобы бар фосфолипидтер деп аталатын липидтер класына жататын жасуша мембраналарының негізгі компоненттері. Фосфоглицеридтер триглицеридтерге ұқсас, тек глицериннің шеткі ОН тобы май қышқылдарымен емес фосфор қышқылымен этерифицирленіп, фосфатид қышқылын түзеді. Фосфоглицеридтердегі С-2 көміртегі R конфигурацияда болады. 342

343 Фосфатид қышқылдары қарапайым фосфоглицеридтерге жатады жəне мембраналарда өте аз мөлшерде кездеседі. Мембраналардағы көп таралған фосфоглицеридтерге фосфор қышқылының екіншілік эфир байланысы бар фосфодиэфирлері жатады. 343

344 3-D Молекула:Фосфатидті қышқыл Мембраналарда көп кездесетін фосфоглицеридтер ге фосфодиэфирлері жатады. Екіншілік эфир тобын түзуге жиі қолданылатын спирттерге этанол, холин жəне серин жатады. Сондайақ фосфатидилэтаноламиндерді кефалиндер жəне фосфатидилхолиндерді лецитиндер деп те атайды. Лецитиндер майонез сияқты тағам түріне сулы жəне майлы компоненттерінің бір-бірінен бөлінбеуі үшін қосылады. Фосфоглицеридтер липидті би қабатына айналып, мембраналар түзеді. Фосфоглицеридтердің полюсті жақтары қос қабаттың екі беткі жағында да болады жəне май қышқылдарының тізбегі қосқабаттың ішкі жағын түзеді. Холестерин липиді 19.1-бөлімде талқыланады, қос қабаттың ішінде болады (19.1-сурет). Мембраналардың аққыштығы фосфоглицеридтердегі май қышқылдарының компоненттерімен бақыланады. Қаныққан май қышқылдары мембраналардың аққыштығын төмендетеді, себебі олардың көмірсутекті тізбектері өзара тығыз орналасады. Қанықпаған май қышқылдары аққыштықты арттырады, себебі олар өзара тығыз орналаспаған. Холестерин де аққышқытықты азайтады (3.13-бөлім). Тек жануарлардың мембраналарында холестерин болады, себебі олар өсімдік мембраналарына қарағанда біршама қатты келеді. Фосфоглицеридтердің қанықпаған май қышқылдарының тізбектері 344-бетте берілген қатты майлар мен сұйық майлардың реакцияларына ұқсас О 2 əсеріне сезімтал келеді. Бұл тотығу реакциясы мембраналардың деградациясына əкеледі. Е дəрумені май қышқылдары тізбегін тотығу арқылы деградациялануынан қорғайтын маңызды антиоксидант. Е дəрумені полюссіз еріткіштерде еритіндіктен липидтерге жатады жəне ол α-токоферол деп те аталады (5.17-бөлім). Ол биологиялық мембраналарға енуге қабілетті; онда ол қос қабатты фосфоглицеридтерге қарағанда оттегімен жылдам əрекеттесіп тотығу реакциясын болдырмайды. Е дəруменінің оттегімен əрекеттесуі май қышқылдарымен салыстырғанда жылдам жүретіндіктен, оны майлы тағам өнімдеріне консервант ретінде қосады D Молекула: Е дəрумені

345 ЖЫЛАН УЫ Кейбір улы жыландардың уында фосфоглицеридтің эфир тобын гидролиздейтін фосфолипаза ферменті болады. Мысалы, шығыс алмазы сияқты сылдырмауықты жылан мен үнді кобрасында кефалиндегі күрделі эфирлі байланысты гидролиздеп, нəтижесінде мембрана эритроциттері жарылатын фосфолипаза ферменті бар. Шығыс алмазы сылдырмауықты жыланы байланысты гидролиздейтін фосфолипаза үнді кобрасы мен шығыс алмазы сылдырмауықты жыланынан табылған ШОКОЛАД ПАЙДАЛЫ ТАҒАМ БА? Біз бұрын тағам рационымызда көптеген жемістер мен көкөністердің болу керектігін айтып өткенбіз. Себебі олар антиоксидантардың шикізат көзі деп саналады. Антиоксиданттар жүрек-тамыр аурулары, ісік аурулары мен катарактадан қорғайды, қартаю процесін тежейді. Соңғы кездегі зерттеулер шокаладтың антиоксиданттық деңгейінің жоғары екендігін көрсеткен. Салмағына байланысты шокаладтағы антиоксиданттардың концентрациясы қызыл шарап немесе көк шаймен салыстырғанда жоғары. Ал қызанақтағы антиоксиданттардың концентрациясынан 20 есе көп. 345

346 6-ЖАТТЫҒУ Мембранада ақуыздар болады. Интегралдық ақуыздың мембраналары мембранаға жартылай немесе толық өтеді. Ал перифериялық мембраналық ақуыздар мембрананың беткі қабатында немесе ішкі жағында болады. Интегралдық жəне перифериялық мембраналық ақуыздардың амин қышқылдық құрамында қандай айырмашылықтар бар? 7-ЖАТТЫҒУ 25 о С температураға бейімделген бактериялар температурасы 35 о С болатын дəл сондай ортаға ауыстырылды. Температура жоғарылаған сайын бактериялы мембраналардың аққыштығы да артады. Мембраналардың бастапқы аққыштық қалпына бактериялар қалай келеді? 8-ЖАТТЫҒУ Бұғылар мен маралдардағы мембраналық фосфолипидтердің қанықпағандық дəрежесі денесіне жақын жасушадан гөрі тұяғына жақын жасушаларда жоғары болады. Бұл ерекшеліктің тіршілік үшін күресте қандай маңызы бар? 19.5 ТЕРПЕНДЕРДІҢ ҚҰРАМЫНДА БІР БӨЛІГІНДЕ БЕС КӨМІРТЕГІ АТОМДАРЫНАН БОЛАДЫ Терпендер липидтер класының бір түріне жатады. Шамамен, астам терпендер хош иісті өсімдік майларынан бөлініп алынғаны белгілі. Оларға құрамында оттегі бар көмірсутектер, спирттер, альдегидтер, кетондар жəне т.б. жатады. Терпендердің кейбіреуі бірнеше мыңдаған жылдар бойы дəмдеуіштер, əтір жəне дəрілік заттар түрінде қолданылып келеді. Терпендердің көп мөлшерін сараптағаннан кейін химик-органиктер оның құрамында бір бөлігінде бес көміртегі атомдарынан болатындығына көз жеткізеді. Бұл табиғи қосылыстардың құрамы құрылыс бөлігінде бес көміртегінен болатын 10, 15, 20, 25, 30 жəне 40 көміртегі атомдарынан тұрады. Ары қарайғы зерттеулер олардың құрылысы басы-соңы ережесімен орналасқан изопрен буынынан тұратындығын көрсеткен. (Изопреннің тармақталған жағы басы жəне тармақталмаған жағы аяғы деп аталады). Молекуладағы басы-соңы ережесі бойынша байланысқан изопрен буындарының саны бойынша изопрен ережесімен терпендер молекуласы құрылады. 346

347 Ө М І Р Б А Я Н Леопольд Стивен Ружик ( ) көптеген органикалық қосылыстиардың құрамында кем дегенде бес көміртегі атомы болатындығын алғаш мойындаған. Хорваттық Ружик Швейцария колледжінде оқып 1917 жылы Швейцария азаматтығын алады. Ол Нидерландиядағы Утрехт университетінде, кейіннен Цюрихтің Федералдық технологиялық институтуында химия профессоры болып қызмет атқарады. Терпендер төңірегінде жасаған жұмыстары бойынша ол 1939 жылы Адольф Бутенандтпен бірге химия саласындағы Нобель сыйлығының иегері атанған (356-бет ). Сақиналы қосылыстарда бір изопрен буының басынан соңына дейінгі байланыс қосымша байланыстармен қосылып сақина түзеді. Екінші байланыстың басы-соңы ережесімен болуы міндетті емес, бірақ бес немесе алты мүшелі сақина түзуге жеткілікті болады. 347

348 Терпендер құрамындағы көміртегі атомдарының санына байланысты жіктеледі. Монотерпендер екі изопрендік буыннан тұрады, сондықтан онда 10 көміртегі атомы болады. Сесквитерпендер 15 көміртегі атомы бар үш изопрендік буыннан тұрады. Көптеген оқулық: Терпендердің изопрендік буындары хош иістер мен дəмдеуіш заттар өсімдіктерде кездесетін монотерпендер мен сесквитерпендер. Бұл қосылыстар эфир майлары деген атпен белгілі. Тритерпендер (30 көміртегі атомы) мен тетратерпендер (40 көміртегі атомы) маңызды биологиялық қызмет атқарады. Мысалы, сквален барлық басқа стероидты молекулалар синтезделетін холестериннің бастапқы өнімі (19.7-бөлім). Каратиноидтар тетратерпеноидтарға жатады. Ликопин қызанақ пен қарбыздың қызыл түсін береді, ал β-каротин сəбіз жəне өрікке қызғылт сары түс беретін каратиноидтарға мысал бола алады. β-каротин көздің көру үшін маңызды рөл атқаратын А дəруменінің екі молекуласына айналады. Монотерпендердің құрамында он көміртегі атомы болады. Ликопин мен β-каротиндегі көптеген қосарланған қос байланыстар қосылыстың боялуына əкеледі. β-каротин жəне басқа боялған қосылыстар ағаштардың жапырақтарында да болады, бірақ олардың беретін түстері жасыл түсті хлорофилдерден көрінбейді. Күзде хлорофилдер азайғанда бұл түстер көрінеді. Сондай-ақ β-каротин бояу ретінде маргаринге түс беру үшін де қолданылады (7.12- бөлім). 348

349 9-ЖАТТЫҒУ а. α-фарнесен липидтердің қандай класына жатады? ə. жалбыз майы қандай липидтер класына жатады? 9а шешімі. Фарнесенде 15 көміртегі атомы бар, сондықтан ол сесквитерпендер класына жатады. Монотерпендердің құрамында 10 көміртегі атомы болады 10-ЖАТТЫҒУ ШЕШІМІ Имбирь мен ментол изопрендік буындардан құралған. Олардың құрылысы 347-бетте көрсетілген. Сонда имбирьдің құрамын келесідей көрсетуге болады: 19.6 ТЕРПЕНДЕРДІҢ БИОСИНТЕЗІ ҚАЛАЙ ЖҮРЕДІ? Терпендердің биосинтезінде қолданылатын бес көміртекті қосылыс, шындығында изопрен емес, ол жеңіл бөлінетін топ қосылған изопрен деп қарастыруға болатын изопентенил пирофосфаты. Терпендердің биосинтезіндегі бастапқы зат диметил аллил пирофосфат, сондықтан кейбір изопентил пирофосфаттар диметилаллил пирофосфатқа өзгеруі керек. Бұл сутегі атомының көп санымен байланысқан изопентил пирофосфаттың sp 2 көміртегіне протонның қосылу бойынша өзгеруі ферменттік изомерлену 349

350 реакциясы арқылы жүреді (5.3-бөлім) жəне аралық карбкатионнан протон Зайцев ережесіне сəйкес бөлінеді (9.8-бөлім). Диметилаллил пирофосфаттың 10 көміртекті қосылыс геранил пирофосфаттың изопентенил пирофосфатты формасымен реакциясы екі сатыда жүреді. изопентенил пирофосфат нуклеофил сияқты əрекет етеді жəне диметилаллил пирофосфаттан пирофосфат тобын бөліп шығарады. Пирофосфат тұрақты негіз, сондықтан жеңіл бөлінетін топ. протон келесі сатыда бөлінеді де, нəтижесінде геранил пирофосфат түзіледі. Терпендер изопентенил пирофосфаттан биосинтезделеді. Изопентил пирофосфатқа протонның қосылуы мен бөлінуінен ол диметилаллил пирофосфатқа өзгереді. Осындай екі сатылы процесте геранил пирофосфат изопентил пирофосфаттың екінші молекуласымен əрекеттесіп, 15 көміртекті қосылыс фарнезил пирофосфат түзеді. Фарнесилдің пирофосфат түріндегі екі молекуласы 30 көміртекті қосылыс сквален. Екі молекуланы бірінің бас жағын екіншісінің соңғы жағымен қосатын реакция фермент қатысында жүреді. Біз бұрын атап өткендей сквален холестерин синтезіндегі бастапқы қосылыс, ал холестерин басқа стероидтарды синтездеу үшін бастапқы өнім болады. 350

351 Келесі сызба нұсқа кейбір монотерпендердің геранил пирофосфаттан синтезделетінін көрсетеді: Холестерин басқа стероидтарды синтездеу үшін бастапқы өнім болады. 351

352 19.7 СТЕРОИДТАР ХИМИЯЛЫҚ ТАСЫМАЛДАУЫШТАР Гормондар химиялық тасымалдаушы болатын кейбір үрдістерді реттейтін немесе тежеу үшін қан ағынын ұлпаға жеткізетін жəне бездерде синтезделетін органикалық қосылыстар. Көпшілік гормондар стероидтарға жатады. Стероидтар полюссіз қосылыстар болғандықтан, олар да липидтерге жатады. Олардың полюссіздік сипаты жасуша мембраналарына өтуіне мүмкіндік береді. Сондықтан олар өздері синтезделетін жасушадан бөлінеді жəне жасуша-нысанға өте алады. Барлық стероидтардың құрамында үш алты мүшелі жəне бір бес мүшелі сақиналардан тұратын тетрациклді сақина жүйесі бар. Ə, Б жəне В сақиналары транс жағдайда орналасқан. Табиғи стероидтарда А жəне Ə сақиналары да транс орналасқан. Біз транс-конденсирленген сақиналар цис-конденсирленген сақиналармен салыстырғанда біршама тұрақты болатындығын көрдік (3.13-бөлім). Циклогексан сақинасының қатаң жағдайдағы конформациясы олардың твист формада болуына мүмкіндік бермейді (3.10-бөлім). 352

353 Жануарларда кеңінен таралған стероидтарға барлық стероидтардың алғашқы өнімі холестерин жатады. Холестерин тритерпенді скваленнен синтезделеді (19.6- бөлім) жəне жасуша мембраналарының маңызды компоненті болып есептеледі (19.1-сурет). Оның сақинасының құрылысы басқа мембраналық липидтерге қарағанда біршама қалың болуына себепші болады. Холестеринде сегіз асимметриялық орталықтар болғандықтан, оның 256 стереоизомері болуы мүмкін, бірақ оның тек біреуі ғана табиғатта кездеседі (6-тараудағы 21-жаттығу). Біз холестериннің деңгейі жүрек ауруына байланысты екендігін жəне холестериннің жоғары деңгейі клиникалық емделетіндігін көрдік (3.13-бөлім). Стероидты гормондар бес класқа бөлінеді: глюкокортикоидтер, минералокортикоидтер, андрогендер, эстрогендер жəне прогестиндер. Глюкокортикоидтер атауына сəйкес глюкозаның метаболизміне қатысады, сондай-ақ ақуыздар мен май қышқылдарының алмасуына қатысады. Кортизон оқулық: 3-тараудағы стероидтарға шолу глюкокортикоидтарға мысал бола алады. Ол қабынуға қарсы əсеріне байланысты клиникада артриттер мен тағы басқа да қабыну ауруларын емдеуде қолданылады. 353

354 Минералокортикоидтар Na +, CІ - 2- НСО 3 иондарының реабсорбуиясын тудырады жəне қан қысымының жоғарылауына əкеледі. Андрогендер деген атпен белгілі алдымен жұмыртқадан бөлінеді. Олар екінші жыныстық кезеңде ер адамға тəн бұлшық еттердің жетілуі сияқты белгілердің пайда болуына жауап береді. Эстрогендер деген атпен белгілі алдымен жұмыртқадан бөлінеді жəне олар екінші жыныстық кезеңде əйелдерге тəн белгілердің жетілуіне жауап береді. Олар сондай-ақ менструалдық циклді реттейді. Прогестерон жатырдың шырышты қабатын имплантацияға дайындайды жəне жүктілікте маңызды рөл атқарады. Эстроген жүктілік кезіндегі овуляцияны тежейді. 354

355 Ө М І Р Б А Я Н Немістің екі химигі Генрих Отто Виланд ( ) жəне Адольф Виндаус ( ) химия саласы бойынша холестериннің құрылысын анықтағаны үшін Нобель сыйлығының иегері атанған (Виланд 1927 жылы жəне Виндаус 1928 жылы). Генрих Виланд химиктің баласы, Мюнхен университетінде профессор болып қызмет атқарып, өт қышқылдарының стероидтарға жатындығын жəне олардың кейбіреулерінің құрылысын анықтаған. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ол Германияда қалып, ашық түрде антифашист болған. Адольф Виндаус алғашында дəрігер болуды армандаған, бірақ Эмиль Фишермен жүргізген жұмыстарынан кейін ойын өзгертеді. Виндаус D дəруменінің стероид екендігін жəне алғашқы болып В 1 дəруменінің құрамында күкірт атомы болатындығын анықтаған. Ө М І Р Б А Я Н Адольф Фридрих Иоганн Бутенандт ( ) Германияда дүниеге келген. Ол 1939 жылы химия саласы бойынша Леопольд Ружичпен бірге (523-бетті қараңыздар) эстрон, андростерон жəне прогестеронды бөліп, құрылыстарын анықтаған. Өкіметтің ұлтшыл деп қудалауымен ол бұл сыйлықтан бас тартып, тек екінші дүниежүзілік соғыстан кейін ғана алады. Ол Берлиндегі Кайзер Вильгельм институтының директоры, кейіннен Мюнхен мен Тюбиген университеттерінде профессор болып қызмет атқарған. Əртүрлі стероидты гормондардың құрылыстары ұқсас болғанымен, олардың физиологиялық əсерлері əртүрлі болады. Мысалы, тестостерон мен прогестеронның арасындағы жалғыз айырмашылық бес мүшелі сақинасындағы орынбасарда, ал 5-дигидротестостерон мен эстрадиолдың айырмашылығы метил тобы мен үш сутегі атомында, бірақ бұл қосылыстар ер адамдар мен əйелдер арасындағы жыныстық айырмашылықтарға жауап береді. Бұл мысалдар биохимиялық реакциялардың спецификациялығын көрсетеді. Барлық стероидты гормондардың алдыңғы өнімі холестерин өт қышқылдарының бастапқы өнімі болады. Холестерин гректің chole «өт» жəне stereo «қатты» деген сөзінен шыққан. Өт қышқылдары холи жəне хенедеоксихоли қышқылдары бауырда синтезделіп, өт қабында сақталады жəне қатты майлар мен сұйық майлар суда еритін ас қорыту ферменттерімен қорытылатындықтан, тоқ ішекте эмульгатор түрінде əсер етеді. Сондай-ақ холестерин D дəруменінің алғашқы өнімі. D дəруменінің жетіспеушілігінен рахит ауруы пайда болады. 355

356 ЛИПОПРОТЕИНДЕР Липопротеиндер липидтерден (холестерин, триглицерид, фосфолипидтер) жəне ақуыздардан тұрады. Липопротеиндердің тығыздығы құрамындағы липидтер мен ақуыздардың мөлшеріне байланысты. Ақуыздар липидтерге қарағанда біршама тығыз орналасқан. Сондықтан липопротеиндердің ақуыздық компоненті жоғары болса, тығыз болады. Біз 3.13-бөлімде тығыздығы төмен липопротеиндер (ТТЛ) нашар холестерин жəне тығыздығы төмен липопротеиндер (ТЖЛ) жақсы холестерин деп аталатындығын көрдік. ТТЛ, шамамен 75% липидтерден жəне 25% ақуыздардан тұрады; ТЖЛ 50% липидтер мен 50% ақуыздардан тұрады. 11-ЖАТТЫҒУ Альдостеронның құрамында қандай функционалдық топтар бар? 19.8 СИНТЕТИКАЛЫҚ СТЕРОИДТАР Физиологиялық əсерлері күшті стероидтар ғалымдардың табиғатта кездеспейтін жаңа дəрілік заттарды синтездеуіне жəне олардың физиологиялық əсерлерін зерттеуге əкелді. Осындай станозолол жəне дианабол сияқты екі препараттардың тестостерон сияқты бұлшық еттерге əсері болады. Бұлшық еттердің дамуына əсер ететін стероидтар анаболиттік стероидтар деп аталады. Бұл препараттар дəрігердің нұсқаулығымен қолжетімді жəне адамдардағы жарақаттанудан бұлшық еттерді емдеуде қолданылады. Мұндай препараттар спортшыларға жəне шабандоздарға бұлшық ет массасын арттыру үшін беріледі. Станозолол 1988 жылғы олимпиада ойындарында бірнеше спортшылардан анықталған препарат. Анаболиттік стероидтар жоғары дозада қабылданғанда бауырда ісіктің жəне жұмыртқаның зақымдануы мен атрофиясының пайда болатындығы анықталған. Көптеген синтетикалық стероидтардың табиғи стероидтардан күшті екендігі анықталлған. Мысалы, норэтиндрон овуляцияны тоқтатуда прогестеронға қарағанда эффективті келеді. Екінші синтетикалық стероид мифепристон, жүктілік кезінде жүктіліктен сақтайды. Мефипристонды RU 486 деп те атайды. Оның атауы 1980 жылы алғаш синтезделген францияның фармацевтикалық компаниясы 356

357 Руссель-Услаф атауынан шыққан жəне зертханада алғашқы партиясы алынған. Бұл қосылыстың құрылысының прогестеронға ұқсас екендігіне назар аударыңыздар. 12-ЖАТТЫҒУ Бұлшық еттің жетілуіне əсер ететін стероид тестестерон мен əсері дəл осындай синтетикалық стероид станазололдың құрылыстарын қалай ажыратуға болады? ҚОРЫТЫНДЫ Липидтер тірі ағзаларда кездесетін полюссіз еріткіштерде ерімейтін органикалық қосылыстар. Липидтерге май қышқылдары, тармақталмаған ұзын көмірсутекті тізбектері бар карбон қышқылдары жатады. Май қышқылдардың құрамындағы қос байланыстар цис-конфигурацияда болады. Құрамында бір қос байланыстан көп май қышқылдары полиқанықпаған май қышқылдары деп аталады. Табиғи қанықпаған май қышқылдарындағы қос байланыстар бір СН 2 топтары арқылы ажыратылады. Балауыздар ұзын тізбекті карбон қышқылдары мен ұзын тізбекті спирттерден түзілген күрделі эфирлер. Триглицеридтер глицериннің үш ОН топтары май қышқылдарымен этерификацияланған қосылыстар. Бөлме температурасында қатты немесе жартылай қатты болатын триглицеридтер қатты майлар, ал сұйық триглицеридтер сұйық майлар деп аталады. Полиқанықпаған майлар кейбір немесе барлық қос байланыстар каталитикалық гидрлеу арқылы тотықсызданады. Фосфоглицеридтер триглицеридтерден айырмашылығы глицериннің шеткі ОН тобы май қышқылының орнына фосфор қышқылымен этерификацияланады. Фосфоглицеридтер липидтік қос қабаттың пайда болуынан мембраналар түзеді. Фосфолипидтер дегеніміз құрамында фосфат тобы бар липидтер. Терпендердің құрамындағы буынындарда бес көміртегінен болады. Олар басы мен соңындағы бес көміртекті буындардан құралады. Бұл изопрен ережесі деп аталады. Монотерпендерде екі изопрендік буын, яғни 10 көміртегі атомы болады; сесквитерпендерде 15, ал тритерпендерде 30 көміртегі атомы (терпенфенолдар) 357

358 болады. Тритерпендер стероидты молекулалардың алдыңғы өнімдері. Ликопин жəне β-каротин тетратерпендерге (40 көміртегі атомы бар) жатады. Тетратерпендер каратиноидтар деп аталады. Терпендерді синтездеуде қолданылатын бес көміртекті қосылыс изопентил фосфат. Диметил аллил пирофосфаттың (изопентил фосфаттан түзілген) изопентил пирофосфатпен реакциясынан 10 көміртегі бар геранил пирофосфат түзіледі. Ол ары қарай изопентил пирофосфаттың екінші молекуласымен əрекеттесіп, 15 көміртекті қосылыс фарнезилпирофосфат түзеді. Фарнезилдің екі молекуласынан 30 көміртекті қосылыс сквален пирофосфаты түзіледі. Сквален холестериннің алдыңғы өнімі. Гормондар химиялық тасымалдауыштар. Көптеген гормондар стероидтарға жатады. Барлық стероидтарда тетрациклді сақина жүйесі бар. Жануарларда кеңінен таралған стероид ол басқа барлық стероидтардың алдыңғы өнімі болатын холестерин. ЖАТТЫҒУЛАР 13. Холестериннің келесі қосылыстардың əрқайсысымен реакциясынан қандай өнімдер түзіледі: а. H 2, Pd/C ə. ацетилхлорид б. H 2 SO 4 в. H 2 O, Н + г. пероксиқышқылдар 14. Триглицеридтердің барлығының асимметриялық орталықтарының саны бірдей ме? 15. Кардиолипидтер жүрек бұлшық еттерінің құрамында болады. Кардиолипиннің қышқыл катализаторы қатысындағы толық гидролиздену реакциясы өнімдерін көрсетіңіздер. 16. Мускат жаңғағы молекулалық массасы 722 тең толық қаныққан триглицерид. Оның құрылысы қандай? 17. Фосфолипидтердің асимметриялық орталықтары R конфигурациялы. Келесі құрылымдардың қайсысы лецитинге сəйкес? 358

359 жəне 18. Гераниолдағы изопрендік буындарды көрсетіңіздер (359-бет). 19. Сквалендегі байланыстардың бірі соңы-соңы жəне басы-соңы болмайды. Қалай ойлайсыздар табиғатта сквален қалай синтезделеді? (Көмекке: соңы-соңы байланысы). 20. Ликопин мен каротиндегі изопрендік буындарды көрсетіңіздер. Сквален, ликопин жəне β-каротин биосинтезіндегі ұқсастықты қалай анықтауға болады? андростен-3,17-дионды 4-андростен-3,17-дионға гидроксид-ионы арқылы изомерлеуге болады. Осы реакция механизмін көрсетіңіздер. 22. а. Құрамында май қышқылды компонент ретінде лаурин қышқылы мен екі миристин қышқылдары болатын қанша триглицеридтер болады? ə. Құрамында май қышқылды компонент ретінде лаурин қышқылы мен бір миристин жəне бір пальмитин қышқылдары болатын қанша триглицеридтер болады? 23. Сфинголипидтер глицериннің орнына сфингозин болатын мембранадан табылған қосылыстар. Сфингодипидтердің бір түрі сфингомиелиндер, сфингомиелиндер жүйке талшықтары айналасындағы негізгі компонент. Сфингомиелина сфингозиннің амин тобы май қышқылының ацил тобымен жəне біріншілік спирттік топпен байланысып, фосфор қышқылының күрделі эфирін, сондай-ақ холинмен де күрделі эфир түзеді. Сфингомиелиннің құрылысын көрсетіңіздер. 359

360 24. Диэтилстилбэстрол (DES) бұл препарат қыз бала мен анада ісік ауруларының пайда болуына əкелетіндігі анықталмағанша жазылып отырды. DES стероид болмаса да эстрадиолдың қасиетін көрсетеді. DES құрылысын эстрадиолға конструктивті ұқсас екендігін көрсететіндей DES сызыңыздар. 360

361 НУКЛЕИН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ ХИМИЯСЫ 20-ТАРАУ ДНК Нуклеин қышқылдарының екі түрі кездеседі: дезоксирибонуклеин қышқылдары (ДНҚ) жəне рибонуклеин қышқылдары (РНҚ). ДНҚ ағзадағы барлық тұқымқуалаушылық ақпараттарды тасымалдайды жəне жасушалардың өсуі мен бөлінуін реттейді. Генетикалық ақпарат ДНҚ-да сақталып РНҚ-ға транскрибирленеді. 361

362 Содан кейін бұл ақпарат жасуша құрылымдары мен қызметіне қажетті барлық ақуыздардың синтезіне ауысады. ДНҚ алғаш рет 1869 жылы лейкоциттер ядросынан бөлінген. Ол ядродан табылған жəне қышқыл болғандықтан, оны нулкеин қышқылдары деп атаған. Соңында ғалымдар барлық жасуша ядроларында ДНҚ болатындығын, бірақ ол 1944 жылға дейін белгісіз болғандықтан, олар нуклеин қышқылдарының генетикалық ақпаратты тасымалдауыштар екендігін түсінеді жылы Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Крик ДНҚ белгілі үш өлшемді екі спиральдік құрылымын жасайды НУКЛЕОЗИДТЕР МЕН НУКЛЕОТИДТЕР Нуклеин қышқылдары өзара фосфор қышқылымен əрекеттесіп, фосфодиэфирлерін түзетін бес мүшелі қант сақиналарынан тұрады (20.1-сурет). Əр қанттағы аномерлі көміртегі гетероциклді қосылыстың азот атомымен β-гликозидтік байланыспен қосылған (15.11-бөлім). Гетероциклді қосылыстар аминдерге жататындықтан, оларды негіздер деп атайды. РНҚ бес мүшелі қант D-рибоза сақинасынан тұрады. ДНҚ, бұл 2 1 -дезокси-d-рибоза (2 1 -орында ОН тобы жоқ D-рибоза) сурет Нуклеин қышқылдары фосфаты топтары арқылы қосылған бес мүшелі қант сақинасынан тұрады. Əр қант (РНҚ-да D-рибоза, ДНҚ-да 2-дезокси-D-рибоза) гетероциклді аминмен (негіз) β-гликозидтік байланыспен қосылған. 362

363 Əртүрлі түрлер мен тұқымдастар арасындағы тұқымқуалаушылықтағы үлкен айырмашылықтары тек ДНҚ бойынша ажыратылады. Шындығында, ДНҚ құрамында тек төрт негіз болады: екеуі пуриндік негіздер (аденин мен гуанин) жəне екеуі пиримидиндік негіздер (цитозин мен тимин). ДНҚ ҚҰРЫЛЫСЫ: УОТСОН, КРИК, ФРАНКЛИН ЖƏНЕ УИЛКИНС Джеймс Д.Уотсон 1928 жылы Чикагода дүниеге келген. 19 жасында Чикаго Университетін бітіріп, үш жылдан кейін Индиана университетінде философия докторы дəрежесін алады жылы Уотсон доктор, ғылыми қызметкер ретінде Кембридж университетінде ДНҚ үш өлшемді құрылымын анықтау бойынша жұмыс жасайды. Фрэнсис Х.К. Крик ( ) Англияның Нортгемптон қаласында дүниеге келген. Алдымен ол физик мамандығы бойынша білім алады. Крик екінші дүниежүзілік соғыс кезінде радиолокация бойынша зерттеушлер жүргізеді. Соғыстан кейін ғылымдағы ең өзекті мəселе тіршіліктің физикалық негізі деп шешім қабылдаған ол рентген құрылымдық анализ арқылы биологиялық молекулалардың құрылысын зерттеу үшін Кембридж университетіне түседі. Онда ол аспирант болып ДНҚ екі спиральдық құрылысын ұсынуға болатындай өзінің жұмысын орындайды жылы ол химия бойынша философия докторы дəрежесін алады. Розалинда Франклин ( ) Лондонда дүниеге келген жылы Кембридж университетін аяқтап, көмірді утилизациялау бойынша Британдық зерттеу ассоциациясында ғылыми қызметкер болады. Соғыстан кейін Парижде диракциялық рентген əдістерін зерттеумен айналысады жылы ол Англияға қайтып оралып корольдік колледждегі биофизика бөлімінде рентген сəулелерінің дифракциясын жасаумен айналысады. Оның рентген сəулелік зерттеулері фосфатты тобы бар ДНҚ спиралінің молекуланың сыртқы бөлігінде болатындығын көрсетеді. Франклин оның жұмысының ДНҚ құрылысын анықтауда маңызды рөл атқаратындығы мен оған өзінің қосқан үлесін білмей қайтыс болады жылы Уотсон мен Морис Уилкинспен бірге ДНҚ қос спиральдық құрылысын анықтағаны үшін медицина жəне физиология саласы бойынша Нобель сыйлығын иеленеді. Уилкинс ( ) өзінің рентгендік зерттеулерімен ДНҚ спиральдық құрылымына өз үлесін қосқан, Жаңа Зеландияда дүниге келіп алты жылдан кейін ата-анасымен бірге Англияға қоныс аударған. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ол американдық ғалымдармен бірлескен басқа британдық ғалымдармен бірге атом бомбасын жасау жұмыстарына қатысады. 363

364 Джеймс Уотсон (сол жақта) жəне Розалинда Франклин Фрэнсис Крик (оң жақта) РНҚ-да төрт негіз болады. Үшеуі ДНҚ құрамында кездесетін негіздер (аденин, гуанин жəне цитозин), ал төртіншісі РНҚ-да тимин орнында урацил болады. Тимин мен урацил бір-бірінен тек метил топтары бойынша ғана өзгешеленетіндігіне назар аударыңыздар (Тимин ол 5-метилурацил). ДНҚ құрамында урацил орнына тиминнің болатындығы 20.9-бөлімде түсіндіріледі. Құрамындағы негіздер D-рибоза немесе 2 1 -дезокси-d-рибозамен байланысқан қосылыстар нуклеозидтер деп аталады. Нуклеоизидтердің құрамындағы сақиналы түрдегі қант бөлігін негіздің сақиналы түрінен ажыратуы үшін нөмірлейді. Міне, сол себепті ДНҚ құрамындағы қант бөлігі 2 1 -дезокси-d-рибоза деп аталады. 364

365 Нуклеотидтерге немесе немесе 3 1 -ОН тобы фосфор қышқылына күрделі эфирлік байланыспен қосылған Нуклеозид нуклеозидтер жатады. РНҚ нуклеотидтерінде қант ретінде D- негіз + қант рибоза болса рибонуклеотидтер, ал ДНҚ нуклеотидтерінде қант ретінде дезокси-d-рибоза болса дезоксирибонуклеотидтер деп аталады. Нуклеотидтер нуклеозидтер атауына монофосфаттар, дифосфаттар жəне трифосфаттардың атауы қосылып аталады. 365

366 Нуклеотид: негіз + қант + фосфат 1-ЖАТТЫҒУ Келесі қосылыстардың құрылысын көрсетіңіздер: а. дцдф б. думф ғ. гуанозин-5 1 -трифосфат ə. дттф г.удф д. аденозин-3 1 -монофосфат 20.2 НУКЛЕИН ҚЫШҚЫЛДАРЫ НУКЛЕОТИДТІК БУЫНДАРДАН ТҰРАДЫ Біз нуклеин қышқылдарының өзара фосфодиэфирлік байланыстар арқылы қосылған нуклеотидтік буындардың ұзын тізбектерінен тұратындығын көрдік (20.1-сурет). Динуклеотид екі нуклеотидтік буындардан тұрады, олигонуклеотидте 9:57 қатынастағы буындар жəне полинуклеотидтер бірнеше көптеген буындардан тұрады. ДНҚ жəне РНҚ полинуклеотидтерге жатады. Нуклеотидтрифосфаттар нуклеин қышқылдары биосинтезінің бастапқы заты болады. Нуклеотидтер бір D молекула: аденозин 5 1 -трифосфат (АТФ) 3-D молекула: негіздер; нуклеозидтер; нуклеотидтер

367 нуклеотидтің 3 1 -ОН тобының фосфорангидридтік байланысын үзіп жəне пирофосфатты бөліп екінші нуклеотидтің трифосфатындағы фосфорды нуклеофилді шабуылдауының нəтижесінде пайда болады (фосфор рибозаға жақын) (20.2-сурет). Бұл өсіп келе жатқан полимер бағытында синтезделеді дегенді білдіреді. Басқаша айтқанда, жаңа нуклеотидтер тізбектің 3 1 соңына қосылып отырады сурет Нуклеотидтердің өсіп келе жатқан тізбекке қосылуы. Биосинтез жүреді. бағытында Нуклеин қышқылдарының біріншілік құрылымы негізгі тізбектегі сатылықты көрсетеді. Осыған сəйкес полинуклеотидтердегі негіздер сатыланып бағытындағы ретпен орналасады (5 1 -соңы сол жағында) суреттегі нуклеотид тізбегінің 5 1 -соңының жеке 5 1 -трифосфат топтары мен нуклеотидтің 3 1 -соңғы тобында байланыспаған 3 1 -гидрокси тобы болатындығына назар аударыңыздар. ДНК бағытында синтезделеді 367

368 ДНҚ сырт жағында қант-фосфатты қалдығы мен ішкі жағында негіз болатын нуклеин қышқылдарының екі тізбегінен тұрады. Тізбектер антипараллельді (олар қарама-қарсы бағытта орналасады) жəне бірінші негіздік тізбекпен екінші негіздік тізбектер өзара сутектік байланыстармен қосылған (20.3-сурет) сурет ДНҚ қант-фосфатты қалдығы сыртқы жақта, ал негіздік бөлігі ішкі жағында орналасқан. А (пуриндік) үнемі Т (пиримидиндік) жұп түзеді. G (пуриндік) үнемі С (пиримидиндік) жұп түзеді. Екі тізбек бір-біріне қарама-қарсы бағытта антипараллельді орналасады. Аденин (А) үнемі тиминмен (Т) жұп түзеді, ал гуанин (G) цитозинмен (С) жұп түзеді. Бұл екі тізбектің бірін-бірі толықтыратындығын білдіреді: бір тізбекте А болса, қарама-қарсы тізбекте Т, ал бір тізбекте G болса, екінші тізбекте С болады. 368

369 Осылайша, егер сіздер бір тізбектегі негіздердің ретін білсеңіздер, екінші тізбектегі сатыларды анықтай аласыздар. Не себепті А мен Т бір жұп түзеді? Ал G мен C бір жұп түзеді? Алдымен екі тізбекті молекуланың ені салыстырмалы тұрақты болады, сондықтан пурин пиримидинмен қосарланады. Егер пуриндердің ірі жұптары болса, тізбек үлкейген түрде болады. Егер кіші пиримидиндік жұптар болса, тізбек созылып екі пиримидин сутектік байланыстар түзетіндей бір-біріне жақындайды. Бірақ А-ның С-мен емес Т-мен жұбында пайда болу себебі қандай? Негіздердің бірігуі сутектік байланыстар арқылы жүреді. Аденин тиминмен екі сутектік байланыс түзеді, бірақ бір сутектік байланысы цитозинмен түзіледі. Гуанин цитозинмен үш сутектік байланыс түзеді, бірақ бір сутектік байланыс тиминмен түзіледі (20.4-сурет) сурет ДНҚ-дағы негіздер: аденин мен тимин екі сутектік байланыстармен қосылған; цитозин мен гуанин үш сутектік байланыстармен қосылған. ДНҚ құрамындағы қарама-қарсы екі тізбек сызықты емес, олар жалпы ось айналасында спиральға оралған (20.5а-суретті қараңыздар). Негіздер жұбы жазық жəне спиральдің ішкі жағынан бір-біріне параллельді болады (20.5б-сурет). Осылайша екіншілік құрылым қос спираль деген атпен белгілі болды. Қос спираль бұрандамалы баспалдақты еске түсіреді: негіздер жұбы сатылар жəне қанттыфосфатты бөлігі ұстайтын жері. 369

370 20.5-сурет ə. Ұзын спиральдің бойымен төмен қарағанда. б. Негіз жазық жəне спиральдің ішкі жағында параллельді орналасуы 3-D молекула: гуанин-цитозин негіздерінің жұбы 1-ЖАТТЫҒУ 3-D молекула: аденин-тимин негіздерінің жұбы Инсулиннің біріншілік құрылымын анықтағанда бірден көп полипептидтік тізбектің түзілетіндігі жайлы қандай қорытынды жасауға болады? 2-ЖАТТЫҒУ Егер ДНҚ бір тізбегі негіздері бағытында келесідей орналасқан: а. Комплементарлы тізбектегі негіздердің орналасу реті қандай? ə. Қандай негіз комплементарлы тізбектің 5 1 -соңына қарай орналасқан? 370

371 20.3 НЕ СЕБЕПТІ ДНҚ ҚҰРАМЫНДА ОН ТОБЫ БОЛМАЙДЫ ДНҚ тұрақты қосылыс, ал РНҚ рибоза тұрақсыз болады. Себебі, рибозаның ОН тобы нуклеофил болғандықтан РНҚ жеңіл ыдырайды тұрақсыз (20.6-сурет). Бұл не себепті ДНҚ молекуласында 2 1 -ОН тобының болмайтындығын түсіндіреді. ДНҚ өзінің қызмет ету мерзімінде генетикалық ақпаратты сақтау үшін өзгеріссіз қалу керек. ДНҚ бөлінуінен жасуша мен тіршілік үшін катастрофиялық жағдай туындайды. РНҚ-ның ДНҚ айырмашылығы қажетінше синтезделеді жəне қажетті жағдайда бөлінеді сурет РНҚ 2 1 -ОН тобының бөлінуі. ДНҚ салыстырғанда РНҚ есе жылдам бөлінеді ДНҚ БИОСИНТЕЗІ РЕПЛИКАЦИЯ ДЕП АТАЛАДЫ Адам жасушасында генетикалық ақпаратты тасымалдаушы 23 хромосома жұптары бар. Əр хромосома бірнеше мыңдаған гендерден (ДНҚ сегменті) тұрады. Адамның жалпы ДНҚ 3,1 миллиард негіздер жұбынан құралған жүздеген адам геномынан тұрады. Уотсон мен Криктің ұсынған ДНҚ құрылысының пікірталас туғызуы ол ұсынылған құрылыстардың ДНҚ келесі ұрпаққа генетикалық ақпаратты тасымалдайды деуінде еді. Себебі екі тізбек бірін-бірі толықтырып, екеуі де бірдей генетикалық ақпаратты тасымалдайды. Екі тізбек те жаңа комплементарлық тізбектердің синтезінде матрица қызметін атқарады (20.7-сурет). Жаңа ДНҚ молекуласы алдыңғы (ата-анасы) молекуламен бірдей оларда барлық нақты генетикалық ақпараттар болады. Бірдей ДНҚ молекулаларының синтезделуі репликация деп аталады. 371

372 20.7-сурет ДНҚ репликациясы. Жаңа тізбегі сол жақта үздіксіз бағытында синтезделеді. Оң жақтағы жаңа тізбегі үзіліспен бағытында синтезделеді. ДНҚ синтезі, негізінен молекуланың қабаттары бөліне бастаған жағынан басталады. Нуклеин қышқылдары тек бағытында синтезделетіндіктен (20.2- сурет), 20.7-суреттегі тізбектің сол жағындағы үздіксіз тұтас бөлік түрінде синтезделеді (себебі ол бағытында синтезделеді). Екінші тізбек бағытында өсуі керек. Сондықтан ол үзіліспен ұсақ бөліктерге синтезделеді. Əр бөлік бағытында синтезделеді жəне бөліктер бір-бірімен ДНҚ-лигаза ферменті қатысында қосылады. ДНҚ əр алынған жаңа екі молекуласында (баласы) ата-аналарының бір тізбегі (20.7-суреттегі көк тізбек), ал жаңадан синтезделген тізбек (жасыл түсті тізбек) болады. Бұл үрдіс жартылай консервативті репликация деп аталады. 372

373 3-ЖАТТЫҒУ Бастапқы ата-ана ДНҚ синтездеуде қолданылған қою түсті сызық пен ирек сызықты ДНҚ молекуласы төртінші ұрпақта қайталанатындығын көрсетіңіздер. Ө М І Р Б А Я Н Эрвин Чаргаффтың ( ) жасаған жұмыстары ДНҚ құрамындағы аденин сандары тиминдер санына жəне гуаниннің сандары цитозиннің сандарына тең екендігін көрсетеді. Чаргафф Австрияда дүниеге келген жəне Вена университетінде философия докторы дəрежесін алған. Ол 1935 жылы Гитлерден қашып Америка Құрама Штаттарына келіп, Колумбия университеті жанындағы дəрігерлер мен хируктерді дайындайтын колледжде профессор болып қызмет жасаған ДНҚ ЖƏНЕ ТҰҚЫМ ҚУАЛАУШЫЛЫҚ Егер ДНҚ-да тұқым қуалаушылық ақпарат болса, осы ақпаратты ашу қабілеті де болуы керек. Ақпаратты ашу екі сатыда жүреді. 1. ДНҚ негіздердің реті РНҚ негіздерінің де реттілігі болады; ДНҚ сызбасы бойынша РНҚ синтезі транскрипция деп аталады. 2. РНҚ негіздерінің реті ақуыздағы амин қышқылдарының орналасу ретін анықтайды; РНҚ жоспары бойынша ақуыздардың синтезі трансляция деп аталады. Транскрипция мен трансляцияны шатастырмаңыздар: бұл сөздер ағылшын тіліндегідей қолданылады. Транскрипция (ДНҚ-ның РНҚ-ға өзгеруі) сол тілдердің көшірмесі, яғни бұл жағдайда нуклеотидтердің көшірмесі. Трансляция (РНҚ ақуызға өзгеруі) басқа тілге ауысуы, яғни амин қышқылдарына ауысуы. Біз алдыменен транскрипцияны қарастырамыз. 373

374 20.6 РНҚ БИОСИНТЕЗІ ТРАНСКРИПЦИЯ ДЕП АТАЛАДЫ Транскрипция ДНҚ белгілі бір орында оралып бірдей екі тізбек пайда болғанда басталады. Тізбектің бірі мағыналы жолақ деп аталады. Комплементарлық Транскрипция ДНҚ РНҚ Трансляция РНҚ ақуыз тізбек матрицалық жолақ болады. Матрицалық жолақ бағытында есептеледі, сондықтан РНҚ бағытында синтезделуі мүмкін (20.8-сурет). Матрицалық жолақтағы негіз РНҚ құрамына кіретін негіздерді көрсетеді. Осындай принципке сай негіздердің жұптасуынан ДНҚ репликация пайда болады. Мысалы, матрицалық жолақтағы əр гуанин РНҚ-ға цитозиннің кіруін анықтайды жəне матрицалық жолақтағы əр аденин РНҚ-ға урацилдің кіруін анықтайды. (РНҚ құрамында тиминнің орнына урацил болатындығын естеріңізге саламыз). РНҚ мен ДНҚ мағыналы тізбегі матрицалық тізбекке комплементарлы жəне РНҚ мен ДНҚ тізбегіндегі негіздердің орналасу реті тек РНҚ-да тиминнің орнына урацилдің болуымен өзгешеленеді сурет Транскрипция: ДНҚ жоспарын қолданып РНҚ синтездеу. 374

375 Ө М І Р Б А Я Н РНК бағытында синтезделеді Элизабет Келлер ( ) алғашқы болып жоңышқа жапырағының құрылымы трнқ екендігін мойындаған. Ол 1940 жылы Чикаго университетіне түсіп 1948 жылы университеттің Корнель медициналық колледжінде философия докторы дəрежесін алған. Массачусеттегі госпитальдің Мемориальдық Хантингтон зертханасында жəне АҚШ-та денсаулық сақтау қызметінде жұмыс жасаған. Кейін ол Массачусеттегі технологиялық институтта, кейіннен Корнель университеттерінде профессор болып қызмет атқарады. Сурет: Корнель Университеті кітапханасының сирек жəне қолжазба коллекциясы бөлімінен алынған. 4-ЖАТТЫҒУ Не себепті тимин мен урацил адениннің құрамына кіреді? 20.7 РНҚ ҮШ ТҮРІ РНҚ молекуласы ДНҚ молекуласымен салыстырғанда біршама қысқа жəне бір тізбекті. РНҚ үш түрі болады: РНҚ (мрнқ), ақуыздардың құрамындағы аминқышқылдардың ретін анықтайтын негіздердің орналасу реті рибосомалық РНҚ (ррнқ), ақуыздың биосинтезіне қатысатын бөлшектер рибосоманың құрылымдық компоненттері тасымалдаушы РНҚ (трнқ), ақуыздардың синтезіндегі амин қышқылдарын тасымалдаушы трнқ молекуласы мрнқ немесе ррнқ молекулаларымен салыстырғанда біршама кішірек; трнқ молекуласының құрамында нуклеотидтер болады. трнқ бір жолағы жоңышқа жапырағының құрамына сай келеді (20.9-сурет). Барлық трнқ ССА соңы ретті. Осы үш негіздер төменгі жағында жəне 5 1 -соңы бойынша 375

376 қарама-қарсы орналасқан жəне антикодон деп аталады (20.9 жəне 20.9ə-сурет) сурет а. Тасымалдаушы РНҚ. Басқа РНҚ салыстырғанда трнқ өзгеше негіздердің мөлшері жоғары (суретте бос дөңгелектермен көрсетілген). Бұл негіздер қалыпты төрт негіздің ферменттік модификациясы нəтижесінде түзіледі. ə. Тасымалдаушы РНҚ: жасыл түсті антикодон; ЦЦА-3 1 -соңғы қызыл түсті. Өзінің соңғы 3 1 -ОН тобы күрделі эфир түрінде байланысқан əр трнқ амин қышқылын тасымалдайды. Амин қышқылы ақуызға ақуыз биосинтезі үрдісінде қойылады. Əр трнқ тек белгілі бір амин қышқылын ғана тасымалдайды. Аланинді тасымалдайтын трнқ трнқ Ала деп белгіленеді. Амин қышқылының трнқ-ға қосылуы аминоацил-т-рнқ-синтетаза ферментімен катализденеді. Реакция механизмі төменде көрсетілген. амин қышқылының карбоксил АТФ фосфор атомын шабуылдап белсендендіріледі; бұл амин қышқылына жеңіл бөлінетін топты қояды. ацилді нуклеофилді орынбасу реакциясында трнқ 31-ОН тобы аралық тетраэдрдегі ацил аденилаттың карбонилді көміртегін шабуылдайды (11.5- бөлім). АМФ аралық тетраэдрден бөлінгенде аминоацил-трнқ түзіледі. 376

377 Ө М І Р Б А Я Н Генетикалық кодты Маршал Ниренберг жəне Хар Гобинг Хоран бір-біріне тəуелсіз жасаған. Олар 1968 жылы осы еңбегі үшін физиология мен медицина саласы бойынша Нобель сыйлығын иеленген. трнқ молекуласының құрылысын жасаған Роберт У. Холли де осы сыйлықты олармен бірге иеленеді. Ө М І Р Б А Я Н Маршалл Ниренберг 1927 жылы Нью-Йоркте дүниеге келген. Ол бакалавр дəрежесін Флорида университетінде жəне философия докторы дəрежесін Мичиганск университетінде алған. Ұлттық Денсаулық Институтының ғалымы АҚУЫЗДАРДЫҢ БИОСИНТЕЗІ ТРАНСЛЯЦИЯ ДЕП АТАЛАДЫ Ақуыз өзінің N-соңғы жəне С-соңғы орындары бойынша негіздерді мрнқ тізбегі бойымен оқитын бағытында синтезделеді. Ақуызға кіретін əр амин қышқылы кодон деп аталатын бір немесе үштен көп негіздердің орналасу ретімен анықталады. 377

378 Негіз ретімен сатылы оқылады жəне қалып қоймайды. Үш негіздік қатар мен амин қышқылдарының əр қатары генетикалық кодпен кодталады (20.1-кесте). Кодон 5 1 -нуклеотидтің сол жағында жазылған. Мысалы, мрнқ-дағы UСА кодоны серин амин қышқылдарын кодтаса, САG глутаминді кодтайды. Тоқтату-кодондары ұяшықтағы «ақуыз синтезін тоқтату» дегенді білдіреді кесте. Генетикалық кодтар 5 1 -орын орташа орын 5 1 -орын U U C A G Phe Ser Tyr Cys U Phe Ser Tyr Cys C Leu Ser Stop Stop A Leu Ser Stop Trp G C Leu Pro His Arg U Leu Pro His Arg C Leu Pro Gln Arg A Leu Pro Gln Arg G A Ile Thr Asn Ser U Ile Thr Asn Ser C Ile Thr Lys Arg A Met Thr Lys Arg G G Val Ala Asn Gly U Val Ala Asn Gly C Val Ala Glu Gly A Val Ala Glu Gly G Ө М І Р Б А Я Н Хар Гобинд Коран 1922 жылы Үндістанда дүниеге келген. Ол Пенджаба Университетінде оқып бакалавр жəне Ливерпул Университетінде философия докторы дəрежесін алған жылы ол Висконсин Университеті факультетіне түсіп, кейін Массачусет техникалық институтында профессор болып қызмет атқарған. 378

379 Протеин N бағытында синтезделеді суретте көрсетілген мрнқ-да ақпарат қалай полипептидке тасымалданады. Бұл суретте серин өсіп келе жатқан полипептид тізбегіне соңғы қосылған амин қышқылы. Серин АGС кодонымен берілген, себебі трнқ антикодоны GСU (3 1 - UCG -5 1 ) серин тасымалдайды. (Антикодондағы негіздердің реті оң жақтан солға қарай есептелетінін ұмытпаңыздар). Келесі CUU кодоны AAG антикодонымен бірге (3 1 -GАА-5 1 ) трнқ сигналы. Бұл трнқ лейцинді тасымалдайды. Лейциннің амин тобы нуклеофилді ацилді орынбасу реакциясында фермент қатысында (11.8-бөлім) аралас трнқ-да эфирмен əрекеттесіп, трнқ бөліп шығарады. Келесі (GСС) кодоны аланинді тасымалдаушы трнқ жеткізеді. Аланиннің амин тобы лейцинді əкелген трнқ ығыстырады. Келесі амин қышқылдары да осылайша мрнқ кодонымен трнқ антикодоны тасымалдайтын амин қышқылымен комплементарлы жұптасатын негізді енгізіп отырады. C оқулық: Трансляция сурет Трансляция. мрнқ-дағы негіздердің реті ақуыздардағы амин қышқылдарының ретін анықтайды. 379

380 Ө М І Р Б А Я Н Мүсінді Роберт Холли жасаған. Роберт У. Холли ( ) Иллинойс штатында дүниеге келген жəне Иллинойс университетінде бакалавр дəрежесін жəне Корнель университетінде философия докторы дəрежесін алған. Екінші дүние жүзілік соғыс кезінде Корнель медицина мектебінде пенициллин синтезімен айналысады. Ол Корнель универсиветінде, кейіннен Калифорния, Сан-Диего университеттерінде профессор болып қызмет атқарады. Сондай-ақ ол танымал мүсінші де болған. 5-ЖАТТЫҒУ Егер метионин олигопептид құрамына кіретін бірінші амин қышқылы болса, мрнқ келесі бөлігінде қандай олигопептид кодталады? 6-ЖАТТЫҒУ 5-жаттығудағы Төрт С мрнқ сегментінің қатарына кіреді. Егер төрт С бірі тізбектен бөлінсе мрнқ-дан қандай олигопептид түзіледі? 7-ЖАТТЫҒУ UAA тоқтатушы кодон. Не себепті 5-жаттығудағы мрнқ-дағы UAA тізбектелуінен ақуыздың синтезі тоқтатылмайды? 8-ЖАТТЫҒУ 5-жаттығудағы мрнқ түзілуіне əкелетін ДНҚ мағыналы тізбегіндегі негіздердің тізбектелуін жазыңыздар ЖАСУШАНЫҢ ҚАН АЗДЫҚ АУЫРУЫ Жасушаның қан аздық ауыруы ДНҚ біркелкі орналасқан негіздердің өзгерісінен пайда болатын ауыруға мысал бола алады. Бұл тұқым қуалайтын ауыру гемоглобиннің ақуыздық компоненті ДНҚ мағыналы тізбегі бөлігіндегі GАG триплеті GТG болған кезде пайда болады. 380

381 Ауру пайда болғанда валиннің қосылуынан белгі беретін мрнқ кодоны GАG емес глутаматтың қосылуынан белгі беретін GUG болады. Полюсті глутаматтан полюссіз глютаматқа ауысуы агреция туғызатын жəне эритроциттегі деоксигемоглобинді тұнбаға түсіретін дезоксигемоглобин молекуласының формасын өзгерту үшін жеткілікті. Бұл капиллярдан өтетін жасушанының беріктігін арттырып қозғалысын қиындатады. Бөгелген капиллярлар қатты ауру сезімін тудырады жəне өлімге де əкелуі мүмкін. Қалыпты эритроциттер Жасушаның қызыл қанының зақымдануы ИНГИБИРЛІК ТРАНСЛЯЦИЯ ЖОЛЫМЕН ƏСЕР ЕТЕТІН АНТИБИОТИКТЕР Пуромицин ингибирлік трансляциялау жолымен əсер ететін табиғи антибиотиктерге жатады. Ол өсіп келе жатқан пуромициннің амин топты пептидтік тізбекке жалған фермент ретінде трнқ-дағы қосылатын аминоацилдің 3 1 -ССА амин тобы емес трнқдағы 3 1 -ССА аминоацилдік бөлігі болып əсер етеді. Осының нəтижесінде ақуыздың синтезі тоқтайды. Ақуыздың бөлігі пуромициннің синтезі эукаритотта, сондай-ақ прокариотта болғандықтан ол адамға улы жəне клиникалық пайдалы антибиотик емес. Клиникалық пайдалы болу үшін антибиотик тек прокариоттық жасушадағы ақуыздың синтезіне ғана əсер етуі керек. 381

382 Клиникада пайдалы антибиотиктер Тетрациклин Эритромицин Стрептомицин Хлорамфеникол Əсер ету жолы Аминоацил-тРНҚ рибосомаға қосылуын болдырмайды Ақуызға жаңа амин қышқылдарының қосылуын болдырмайды Ақуыз синтезінің иницирленуін ингибрилейді Жаңа пептидтік байланыстың түзілуін болдырмайды 20.9 НЕ СЕБЕПТІ ДНҚ ҚҰРАМЫНДА УРАЦИЛДІҢ ОРНЫНА ТИМИН БОЛАДЫ Тиминдер урацилдерден көп энергия қажет ететін үрдіс кезінде синтезделеді (17.11-бөлім). Сондықтан ДНҚ құрамында тиминнің орнына урацилдің болу себебі де осында. ДНҚ құрамында урацилдің орнына тиминнің болуы мутацияны болдырмайды. Цитозин имин түзіп таутомерленеді (13.3-бөлім) жəне иминнің гидролизінен урацил түзіледі (12.7-бөлім). Жалпы реакция амин тобы бөлінетіндіктен дезаминдену реакциясы деп аталады. Егер ДНҚ-дағы цитозин урацилге дезаминденсе, урацил цитозиннің орнына жаңадан пайда болған тізбекке гуанинмен репликациясы кезінде адениннің қосылуын көрсетеді. Шындығында ДНҚ құрамындағы урацилді жаңадан пайда болатын тізбекке дұрыс емес негіз ретінде қойылған «қате» деп танитын фермент болады. Фермент урацилді бөліп оны цитозинмен ауыстырады. Егер ДНҚ- 3-D Молекула:Хлорамфениколдың ацетил-трансферазамен кешені; тетрациклин 382

383 да урацил болса, фермент қалыпты урацилді цитозиннің дезаминденуінен түзілетін урацилден ажырата алмайды. ДНҚ құрамында урацилдің орнына титмин болса урацил ДНҚ-да қате бар деп есептеуге мүмкіндік береді. Кез-келген қатені көрсететін ДНҚ-дан айырмашылығы РНҚ-дағы қате ұзақ уақыт болмайды, себебі РНҚ үнемі нашарлап отырады да, соңынан ДНҚ үлгісінен қайтадан синтезделеді. Осылайша, ол РНҚ-ға тиминнің қосылуы үшін қосымша энергия жұмсамайды ДНҚ-ДАҒЫ НЕГІЗДЕРДІҢ ОРНАЛАСУ РЕТІ ҚАЛАЙ АНЫҚТАЛАДЫ? Егер бір миллион жұп негіздердің орналасу реті күн сайын анықталатын болса, бұл адам геномының орналасу ретін анықтауды аяқтау үшін 10 жыл уақыт керек. ДНҚ молекуласы біртұтас болып бірігуі өте үлкен. Сондықтан ДНҚ молекуласы алдымен нақты негіздерге бөлінеді жəне алынған ДНҚ фрагменттері жеке бөліктерге бөлінеді. ДНҚ молекулаларын белгілі бір сипаттағы негіздерге бөлетін фермент эндонуклеаза рестрикация деп аталады. Бөлінген ДНҚ фрагменттері рестрикциялық фрагменттер деп аталады. Енді бірнеше жүздеген эндонуклеаза рестрикациялары белгілі; негіздердің ретін танудың бірнеше мысалдары белгілі жəне осы негіздердің бөліну нүктесі төменде көрсетілген. рестрикциялық ферменттер тану реті Көпшілік негіздердің реті эндонуклеаза рестрикцияның тануы палиндромаға жатады. Палиндром бұл сөз немесе алға жəне кері қарай бірдей оқылатын сөздер тобы. «Дыбыс» жəне «жарысатын автомобиль» палиндромға мысал бола алады 1. Эндонуклеаза рестрикция мағыналы тізбек палиндромы болатын ДНҚ бөлігін таниды. Басқаша айтқанада, матрицалық жолақтағы (оңнан солға қарай оқу) негіздердің реті мағыналы тізбектегі негіздердің орналасу ретімен бірдей (солдан оңға қарай оқу). 383

384 Ө М І Р Б А Я Н Фредерик Сэнгер (15.8-бөлімді қараңыздар) жəне Уолтер Гилберт 1980 жылы химия саласында ДНҚ секвенирлеу жұмыстары үшін Нобель сыйлығының бір бөлігін иеленген. Екінші бөлігі белгілі бір жерлердегі нуклеин қышқылдарын кесу əдісін жəне рекомбинаттық ДНҚ технологиясы деген атпен белгілі фрагменттерді жинаудың жаңа əдісін жасаған Пол Бергке беріледі. Ө М І Р Б А Я Н Уолтер Гилберт 1932 жылы Бостонда дүниеге келген. Ол Гарвард университетінде физика саласы бойынша магистр дəрежесін жəне Кембридж университетінде философия докторы дəрежесін алған. Ол 1958 жылы Гарвард универсиететінің факультетіне түсіп молекулалық биологиямен айналысқан. 9-ЖАТТЫҒУ Келесі негіздер ретінің қайсысында эндонуклеазаның тануы шекті болады? а. ACGCGT ə. ACGGGT б. ACGGCA в. ACACGT г. ACATCGT ғ. CCAACC Ө М І Р Б А Я Н Пол Берг 1926 жылы Нью-Йоркте дүниеге келген. Ол Вестерн Ресерв Университетінде философия докторы дəрежесін алған жылы ол Сент Луистегі Вашингтон университетіне түседі жылы Стэнфорд университетінде биохимия профессоры болады. Рестрикциондық фрагменттер дидезокси əдіс жолымен орналасады. Бұл əдіс ұзындығы фрагментке соңғы қосылған негізге байланысты генерирлеуші фрагменттерді пайдаланады. Дидезокси əдісте 1 Р бар 5 1 -соңы деп белгіленген праймер деп аталатын ДНҚ кішкентай үзігі орналасу реті анықталатын рестрикциялық фрагментке қосылады. Ары қарай төрт 2 1 -дезоксирибонуклеозид трифосфат қосылады, содан кейін ДНҚ полимераза ферменті ДНҚ тізбегіне нуклеотидтерді қосады. 2 1,3 1 -дезоксирибонуклеозид трифосфаттың аздаған мөлшері де реакциялық қоспаға қосылады дезоксирибонуклеозид трифосфаттың 2 1 немесе 3 1 -орындарында ОН топтары болмайды. 1 Кейбір басқа палиндромдар «Мама», «Папа», «Боб», «Лил», «радар», «тал түс», «вау», «бишара Дэннің əлсіреуі», «ер адам, жоспар, канал, Панама «Ол диюдай өмір сүрді?» 384

385 Нуклеотидтер негіздердің рестрикциялық фрагментпен жұптасуы үшін праймерге қосылады. (Бұл жердегі тəсілде қоспаға 2 1, 3 1 -ддatф қосылған). Егер өсіп келе жатқан тізбекке 2 1, 3 1 -датф орнына 2 1, 3 1 -ддатф синтез тоқтайды. Себебі, оның аналогы 2-дезоксиде қосымша нуклеотидтер қосылуға 3 1 -ОН тобы жоқ. Осылайша, бұл жерде көрсетілген ДНҚ рестрикциялық фрагментінен соңғы фрагменттері əртүрлі тізбектер алынады. Бұл жол алдымен 2 1,3 1 -ддгтф, екінші 2 1, 3 1 -ддцтф, содан кейін 2 1, 3 1 -ддттф. Пайдалану арқылы үш рет қайталанады. 10-ЖАТТЫҒУ Егер реакциялық қоспаға 2 1,3 1 -ддатф орнына 2 1,3 1 -ддгтф қосылса жоғарыда көрсетілген ДНҚ сегментінен қандай фрагменттер алынады? Төрт тəжірибелік эксперименттен алынған соңғы фрагменттері бар тізбектерді гельдің жеке жолақтарына орналастырады. 2 1,3 1 -ддатф пайдаланып алынған фрагменттер бір жолаққа жиналады, ал 2 1,3 1 -ддгтф пайдаланып алынған фрагменттер екінші жолаққа жиналады жəне т.б. (20.11а-сурет). Кіші фрагменттер гель қабатынан жеңіл өтеді, сондықтан гель бойымен жеңіл қозғалады. Ал ірі фрагменттер гель қабатынан баяу өтеді. 385

386 20.11-сурет а. Радиоавтографтан алынған сызба нұсқалық бейне. ə. Нақты авторадиограмма. Бұдан кейін алынған фрагменттер бөлініп, гельді фотопластинкаға жағады. Сонда 32 Р сəулелендіргенде фластинкаға гельмен жағылған жерге қарама-қарсы жақта қою дақтар пайда болады. Бұл əдіс авторадиография деп аталады жəне фотопластинка радиоавтограф деген атпен белгілі (20.11 ə-сурет). Бастапқы фрагменттегі негіздердің орналасу ретінің шектелуін радиоавтографтан оқуға болады. Əр негіздің жекелігін колонкадағы праймерге қосылған негізді гельдің төменгі жағынан анықтай отырып жарықтан қорғалған жерде пайда болған (белгіленген фрагменттің үлкен бөлігі) дақтарды белгілеу арқылы анықтайды. ДНҚ молекуласындағы радиоавтографқа жауапты фрагменттердің реті а-суретінің сол жағында орналасқан. Рестрикциялық фрагменттегі негіздердің реті анықталғаннан кейін, олардың нəтижелері комплементарлы 386 Ө М І Р Б А Я Н Карого Б.Муллис 1993 жылы ПТР ойлап тапқаны үшін Нобель сыйлығын иеленген. Ол 1944 жылы Солтүстік Каролинада дүниеге келген жəне 1966 жылы Джорджиидегі технологиялық институтта бакалавр дəрежесін алған. Калифорния Университетінде философия докторы дəрежесін алады. Бірнеше докторанттармен жүргізген зерттеу жұмыстарынан кейін ол Калифорнияның Эмериль Цетус корпорациясымен бірге жұмыс жасайды. Ол Берклиден Мендосиноға көлік айдап келе жатқанда ойлап табады. Қазіргі уақытта ол биотехнология саласы бойынша дəріс оқып, кеңестер береді.

387 тізбек фрагментіндегі негіздердің орналасу ретін анықтау үшін дəл сондай үрдіспен тексеріледі. Бастапқы ДНҚ бөлігіндегі негіздердің реті барлық тəсілдерді басқа рестрикциялық эндонуклеазамен қайталап жəне бөгейтін фрагменттерді белгілеп анықталады ПОЛИМЕРЛІК ТІЗБЕКТІ РЕАКЦИЯЛАР (ПТР) 1983 жылы жасалған ПТР (полимерлік тізбекті реакциялар) əдісі ғалымдарға өте аз уақыт аралығында ДНҚ күшейтуге (бірнеше көшірмелерін жасауға) мүмкіндік береді. ПТР əдіспен ДНҚ анықтау үшін бір тал шаш немесе сперматозоидтар жеткілікті. ПТР əдісі ерітіндіге ДНҚ сегменті (тұтас ДНҚ) бар затты қосу арқылы жүргізіледі: праймерлердің артық мөлшері (қысқа ДНҚ фрагменттері), яғни күшею үшін ДНҚ екі ұшындағы бөліктердегі қысқа нуклеотидті тізбектері бар негіз жұптары (ДНҚ қысқа фрагменттері) төрт дезоксирибонуклеотидтрифосфаттар (датф, дгтф, дцтф, дттф) Термотұрақты ДНҚ-полимераза Келесі үш саты суреттегідей жүргізіледі (20.12-сурет): Тізбектердің бөлінуі: Ерітіндіні 95 С дейін қыздырады, нəтижесінде екі тізбекті ДНҚ екі жеке тізбекке бөлінеді. Праймерлердің қосарланған негізі: ерітінді 54 С дейін салқындатылады, бұл ДНҚ нысанасы (жасыл) соңындағы негіз жұптары бар праймерлер ( суреттегі қызыл жəне сары қорапшалар). ДНҚ синтезі: Ерітінді ДНҚ-полимераза нуклеотидтердің бастапқы нысанға қосылуын катализдейтін 72 С температуға дейін қыздырылады. Праймерлер ДНҚ-нысанының 3 1 -соңына қосылатындықтан тұтас ДНҚ көшірмесі бағытында синтезделетініне назар аударыңыздар. Содан кейін ерітінді екінші цикл басталу үшін 95 С дейін қыздырылады; екінші циклде екі тізбекті ДНҚ төрт көшірмесі пайда болады. Үшінші цикл ДНҚ жұпсыз сегіз тізбегінен басталады жəне нəтижесінде он алты жұпсыз тізбектер пайда болады. Бұл 30 циклді аяқтау үшін бір сағат уақытты алады, ол кезде ДНҚ миллиард есе күшейеді. ПТР клиникада кеңінен қолданылады. Ол ісік ауруына əкелетін мутацияны анықтауда, генетикалық ауруларды диагностикалауда, химия терапияны бақылау үшін қарсы денелер көмегімен анықтау жеткіліксіз болғанда жəне ВИЧ ауруларын анықтауда жəне инфекциялық ауруларды тез анықтауда қолданылады. 387

388 20.12-сурет Полимеразалы тізбекті реакциялардың екі циклі. Алғашқы циклде ұзын жəне орташа шаблондар пайда болады; екінші циклде аралық жəне қысқа шаблондар пайда болады. (Қысқа шаблондар күшейетін ДНҚ сегментіндегі көшірмелер. Циклдер саны артқан сайын қысқа шаблондардың да саны артады. Соңғы өнім, негізінен қысқа шаблондардан тұрады. 388

389 40 миллион жыл бұрынғы янтарь жапырағында сақталған ДНҚ-ны ПТР көмегімен ампифицирлеген, содан кейін секвенирлеген. ДНҚ ПЕПТИДТІК КАРТАСЫН ТҮСІРУ Сот экспертизалық химиктер ПТР белгілі қылмыс болған жерден күдікті ДНҚ алып ДНҚ үлгілерімен салыстыру үшін қолданады. Кодталмайтын ДНҚ сегменттеріндегі негіздердің реті адамнан адамға ауысып отырады. Сот экспертизалық зертханаларда нақты мақсатта дəл анықталатын 13 сегменттері бар. Егер ДНҚ екі үлгісіндегі негіздердің орналасу реті бірдей болса, онда сол индивидумның 80 миллиардың біріне сəйкес болу мүмкіндігі болады. ДНҚ-дактилоскопиясы жылына ДНҚ профилін есептеу арқылы əкелікті анықтауда қолданылады ГЕНДІК ИНЖЕНЕРИЯ Жасушаға сəйкес ДНҚ-тасымалдағышқа бекітілген ДНҚ кішкентай бөлігі рекомбинантық ДНҚ молекулалары (табиғи немесе синтетикалық) жəне миллион рет қайталауға мүмкіндік береді. Рекомбинантық ДНҚ технологиясы гендік инженерия деген атпен белгілі жəне кеңінен қолданылады. Мысалы, адам инсулинінің ДНҚ репликациясы осылайша адам инсулинінің көп мөлшерін синтездеуге мүмкіндік береді. Ауыл шаруашылығы гендік инженериядан құрғақшылық пен жəндіктерге төзімділігін арттыратын дақылдар жаңа гендерін жасауда көп көмек алады. Мысалы, гендік-инженерлік мақта мақта құртына төзімді жəне гендік-инженерлік жүгері тамыр құртына төзімді болады. Генетикалық модифицирленген организмдер (ГМО) Құрама Штаттардағы ауыл шаруашылығы химикаттарын сатуды 50% дейін төмендеткен. Екінші жағынан, адамдардың көпшілігі түрі өзгерген геннің салдарына алаңдайды. 389

390 ГЕРБИЦИДТЕРДІҢ ҚАРСЫЛАСУЫ Глифосат, өсімдіктерде өсуге қажетті фенилаланин, триптофан сияқты амин қышқылдарының синтезделуіне қажетті Роундап гербициді деген атпен танымал гербицид ретіндегі белсенді ингредиент. Гендік модфицирленген жүгері жəне мақтаға жүргізілген олардың гербицидке төзімді болатындығын көрсеткен. Содан кейінгі зерттеулер егіс алқабын глифосатпен өңдегенде өнім емес арамшөптер жойлған. Бұл дақылдарды голифосатпен оны ацетил-коа-мен ацетилдеу арқылы белсенділігін жоятын ферментті шығаратын гендер бар. Гендік инженерлік жүгері гербицидке глифосатпен ацетилдену нəтижесінде төзімді болады. ҚОРЫТЫНДЫ Нуклеин қышқылдарының екі түрі бар: дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) жəне рибонуклеин қышқылы (РНҚ). Генетикалық ақпарат ДНҚ-да сақталады жəне РНҚ-ға транскрибирленеді. Осылайша, РНҚ тізбегіндегі ақпарат ақуыздардың синтезіне беріледі. Нуклеозидте 2 1 -D-рибоза немесе 2 1 -дезокси-d-рибозамен байланысқан негіздер болады. Нуклеотидтерге 5 1 немесе 3 1 ОН топтары фосфор қышқылымен күрделі эфирлік байланыс арқылы байланысқан нуклеозидтер жатады. Нуклеин қышқылдары фосфодиэфирлік байланыстармен қосылған нуклеотидтік суббірліктердің 390

391 ұзын тізбегінен тұрады. Бұл байланыстар бір нуклеотидтің 3 1 ОН тобы мен келесі нуклеотидтің 5 1 ОН тобына қосылады. Динуклеотид екі нуклеотидтік суббірліктен тұрады, олигонуклеотидте 9:57 екі нуклеотидті суббірлік жəне полинуклеотидте бірнеше бөліктерден тұрады. ДНҚ құрамында 2 1 -дезокси-d-рибоза, ал РНҚ құрамында D-рибоза бар. ДНҚ құрамында көмірсулардың болуынан олар тұрақты болады жəне РНҚ жеңіл ыдырайды. Нуклеин қышқылдарының біріншілік құрылымының тізбегінде негіздер реттеліп орналасады. ДНҚ құрамында A, G, C, жəне T; РНҚ құрамында A, G, C жəне U болады. ДНҚ құрамында U орнына Т болуы С иминдік гидролизге түсіп U түзуінен болатын мутацияны болдырмайды. ДНҚ екі тізбекті. Тізбектер бір-біріне қарама-қарсы бағытта спиральға оралады. Негіздер спиральдің ішкі жағында, ал көмірсулы жəне фосфатты топтары сыртқы жағында орналасады. Екі тізбектің біреуі мағыналы, ал екіншісі бірін-бірі толықтырады: А Т-мен жұптасады, ал G С-мен жұп түзеді. ДНҚ жартылай консервативті репликация деп аталатын процесс бағытында синтезделеді. ДНҚ-дағы негіздердің орналасу реті РНҚ синтез жоспарын (транскрипция) қамтамасыз етеді. РНҚ ДНҚ-матрицасы транскрипциясы бағытындағы тізбекпен синтезделеді. РНҚ үш түрі бар: транскрпициялық РНҚ, рибосомалық РНҚ жəне тасымалдаушы РНҚ. Ақуыз синтезі (транскрипция) N-соңынан С-соңына дейін мрнқ тізбегі бойымен бағытта оқитын процесс көмегімен жүреді. Əрбір үш негіздің реті кодон ақуыз құрамына кіретін белгілі бір амин қышқылдарын жібереді. трнқ 3 1 соңымен күрделі эфирлік байланыс түрінде қосылған амин қышқылдарын тасымалдайды. Кодон мен амин қышқылдары генетикалық кодты көрсетеді. Эндонуклеаза рестрикция ДНҚ белгілі бір рестрикация фрагменттері түзетін палиндромдарға ыдырайды. Рестриакциялық фрагменттердегі негіздердің реті дидезокси əдісімен анықталады. Полимерлік тізбекті реакция (ПТР) ДНҚ сегменттерін күшейтіп, өте қысқа уақыт аралығында олардың миллиардтаған көшірмесін жасайды. ЖАТТЫҒУЛАР 11. Келесі қосылыстарды атаңыздар: 12. мрнқ келесі бөліктерінде қандай нонапептидтер кодталады? жаттығудағы мрнқ кодтайтын ДНҚ матрицалық тізбегіндегі негіздердің орналасу реті қандай? жаттығудағы мрнқ кодтайтын ДНҚ мағыналық тізбегіндегі негіздердің орналасу реті қандай? 15. Егер 12-жаттығудағы мрнқ 3 1 -соңғы кодоны келесідей мутацияға ұшыраса қандай С-соңғы амин қышқылдары түзіледі: а. Егер бірінші негіз А-ге ауыстырылса? ə. Егер екінші негіз А-ге ауыстырылса? б. Егер үшінші негіз А-ге ауыстырылса? 391

392 в. Егер төртінші негіз G-ге ауыстырылса? 16. Келесі гексапептидтің биосинтезіне жауап беретін ДНҚ сегментіндегі негіздердің орналасу реті қандай? 17. Антикодондағы кодондар жұбын көрсетіңіздер: кодон антикодон кестедегі амин қышқылдары үшін бір əріптік қысқартуларды пайдаланып, өзіңізді атыңыздағы əртүрлі бірінші төрт əріптен тетрапептидтегі амин қышқылдарының орналасу ретін жазыңыздар. Кез келген əріпті екі рет пайдаланбаңыз. (Себебі, барлық əріптер амин қышқылдарының атауында болмайды, сіздерге фамилияларыңыздағы бір немесе екі əріпті де пайдалануға болады). Осы тетрапептидтің синтезіне əкелетін мрнқ-дағы негіздердің орналасу ретін жазыңыздар. Осы мрнқ фрагментінің түзілуіне əкелетін ДНҚ мағыналы тізбегіндегі негіздердің ретін жазыңыздар. 19. Келесі динуклеотидтер жұбының қайсысы ДНҚ құрамында тең мөлшерде болады? а. CC жəне G.G. ə. CG жəне GT б. CA жəне ТG в. СG жəне АТ г. GT жəне СА ғ. ТА жəне AT 20. Мутациялы бар геннен синтезделген ақуызбен қалыпты ақуыздан алынған пептидтік фрагменттердегі амин қышқылдарының орналасу реті салыстырылған. Олар тек бір пептидтік фрагмент бойынша өзгешеленеді; олардың амин қышқылдық реті төменде көрсетілген: қалыпты: мутациялы: а. ДНҚ ақауы дегеніміз не? ə. Кейін С-соңғы Val-Leu пептидоктапептидтің қалыпты фрагменті екендігі анықталған. Мутациялы пептидтің С-соңғы амин қышқылы қандай? 392

393 21. 5-жаттығудағы олигопептидтегі əр амин қышқылын жəне осы амин қышқылдарын тасымалдайтын трнқ-дағы антикодонды анықтауы мүмкін болатын кодондардың тізімін көрсетіңіздер. 22. Нуклеин қышқылдарындағы сутектік байланыс акцепторы (А), сутектік байланыс доноры (D) немесе екеуі де болатын (D/А) бес гетероциклді негіздердің функционалдық топтарын көрсетіңіздер жаттығудағы егер негіз енол түрінде болса D, A жəне D/A белгілеп негіздердің жұптасуын көрсетіңіздер. 24. Циклді фосфодиэфирі РНҚ сумен əрекеттесіп гидролизге ұшырап нуклеотид жəне фосфат қоспасымен бірге түзіледі (20.6-сурет). Осы реакция механизмін көрсетіңіздер. 25. Аденин гипоксантин жəне гуанинге дезаминденеді жəне ксантинге дезаминденуі мүмкін. Гипоксантин мен ксантиннің құрылысын көрсетіңіздер. 26. Тиминнің не себепті дезаминденбейтіндігін түсіндіріңіздер. 27. Қышқылды ерітінділерде нуклеозидтер қантқа жəне гетероциклдік негіздерге гидролизденеді. Осы реакция механизмдерін көрсетіңіздер. 28. Не себепті кодон дублет немесе квартет емес, триплет түрінде болады? Бромурацил ісік ауруының химиотерапиясында қолданылатын мутагенділігі жоғары қосылыс. Оны науқасқа енгізгенде нуклеотидтік трифосфатқа өзгеріп, ДНҚ-дағы тиминнің орнына қосылып, кеңістіктік құрылымға ие болады. Ол не себепті мутацияны тудырады? (Көмекке: бром орынбасарынан кето таутомерге қарағанда енол түріндегі тұрақты таутомер түзіледі). 30. ДНҚ келесі мағыналы тізбегіндегі қандай цитозин дезаминденсе организмге қаншалықты көп зиян келтіреді? 31. Бірінші амин қышқылы полипептидтік тізбекке оның прокариоты N- формилметионин болғанда биосинтезі кезінде қосылады. Формилдік топтың түзілуі мақсатын түсіндіріңіздер. 32. Не себепті ДНҚ репликация басталғанша толық ашылмайды? 393

394 21-ТАРАУ ДƏРІЛІК ЗАТТАРДЫҢ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯСЫ. АШЫЛУЫ ЖƏНЕ ДИЗАЙН Дəрілер дегеніміз ағзаға сіңіп содан кейін физикалық немесе организмнің психологиялық қызметін өзгертетін немесе күшейтетін кез келген зат. Дəрілер газ, сұйық немесе қатты түрінде болады. Олардың құрылысы қарапайым немесе күрделі келеді. Адамдар дəрілік заттарды бірнеше мыңдаған жылдар бойы ауруды басу үшін пайдаланып келген. Тексеріп көру мен қателер əдісі бойынша адамдар емдік мақсатта қандай шөптерді, жидектерді, тамырларды пайдалану керектігін үйренді. Табиғи дəрілік заттар, шындығында дəрілік заттардың қалай əсер ететіндігін білмей ұрпақтан ұрпаққа жетіп отырды. Дəрінің əйелдер мен ер адамдар үшін медицинадағы пайдасын білген балгерлер мен емшілер де əрбір цивилизацияның маңызды мүшелері болды. Əйтсе де сол кездегі қолжетімді дəрі-дəрмектер бүгінгі күнгі дəрі-дəрмектердің өте аз бөлігі ғана еді. 394

395 Тіпті, он тоғызыншы ғасырдың басында адамдардың ондаған функционалдық, неврологиялық жəне психикалық бұзылуларына қарсы бірде-бір дəрі-дəрмектер, гормондық терапия, дəрумендер, сондай-ақ инфекциялық ауруларды емдеудегі əсері бар дəрілер де болмаған. Жергілікті анестетиктерден ауруды басатын тек екі анальгетиктер ғана болған. Жанұяда балалар санының көп орын алуы олардың кейбіреулерінің балалар ауруына шалдығуының бір себебі болған. Өмір сүру мерзімі де қысқа еді. Мысалы, 1900 жылдары Америка Құрама Штаттарындағы орташа өмір сүруі ер адамдарда 46 жасты жəне əйелдерде 48 жасты құраған жылы əр баланың 80 туылған кездегі алғашқы жылында инфекция түсуінің нəтижесінде он бес жасқа дейін ғана өмір сүрген. Қазіргі кезде əр ауру түріне арналған дəрілер де бар жəне олар адамдардың өмір сүру жасына да əсер етеді: ер адамдар үшін 74 жас жəне əйелдер үшін 79 жас. Енді тек баланың төртеуі ғана 15 жасқа дейін негізінен ісік ауруларынан, кездейсоқ жағдайлар мен тұқым қуалайтын аурулардан қаза табады. Қазіргі кездегі фармация сөрелері 2000 жуық дəрі-дəрмектермен қамтамасыз етілген. Олардың басым көпшілігінің белсенді ингредиенті органикалық қосылыстар. Бұл дəрілерді жұтуға болады немесе тері арқылы енгізеді. Америка Құрама Штаттарында жылына 3 миллиардтан аса дəрігер нұсқаулықтары беріледі. Жиі қолданылатын дəрілер тағайындалу санының төмендеу қатары бойынша кестеде көрсетілген. Дүние жүзінде антибиотиктер көп ұсынылатын дəрілер қатарына жатады. Жер шарындағы дамыған елдерде жүрекке жəне холестеринді төмендетуге арналған дəрілер көп ұсынылатын дəрілерге жатады. Себебі олар науқастың кейінгі өмір сүру уақытында да қолданылады. Соңғы жылдары дəрігерлер нашақорлыққа байланысты мəселенің туындау себебінен психотропты дəрілерді ұсынудың төмендегенін, ал оның орнына демікпе ауруын емдеуге арналған дəрілерді ұсыну көбейгенін айтады. АҚШ рыногына фармацевтикалық өнімдерге сатылымның 50%-ы тиесілі. Қазір бұл рынок ескірген кезде АҚШ-тың 50 жастан жоғары халқының 30%-ы холестерин деңгейінің жоғары болуынан, гипертония, сусамыр жəне остеоартрит ауруларының көбеюінен есірткіге деген сұраныстары артқан кесте жылы АҚШ-та кеңінен таралған тағайындалу санының төмендеу қатары бойынша ұсынылған рецептердегі дəрілер брендтік жалпы атауы құрылысы қолданылуы атауы Липитор аторвастатин Холестеринді төмендететін дəрі Викодин гидрокодон жəне ацетаминофен анальгетик 395

396 21.1-кестенің жалғасы Торпол- ХЛ метопролол β-адрено рецепторлы бөгеуші агент (аритмияға қарсы, гипотензивті) Норваск амлодипин Кальций каналдарын бөгеуші (антигипертензивті) Амоксил амоксициллин антибиотик Синтроид левотироксин Гипотиреозды емдейді Нексиум Эзомепразол (омепразолдың S- энантиомері) Қышқылдықтың жоғары болуын Лексарпо эсциталопрам антидепрессант 396

397 21.1-кестенің жалғасы брендтік жалпы атауы құрылысы қолданылуы атауы албутерол бронхолиттік Провентил Сингулайр монтелукаст лизиноприл Демікпені емдейді жəне мезгілдік аллегрия симптомдарын жеңілдетеді Принивил антигипертензивті Амбиен золпидем Гипнотикалық (ұйқысыздықты емдеу) Зиртек цетиризин антигистаминді 397

398 21.1 ДƏРІЛІК ЗАТТАРДЫҢ АТАУЛАРЫ Дəрілердің нақты атауы олардың құрылысын анықтайтын химиялық атаулар. Бірақ бұл атаулар көпшілікке, тіпті, дəрігерлердің өзіне де тым ұзақ əрі қиын болды. Сондықтан фармацевтикалық компаниялар өздері жасайтын дəрілердің тауарлық марка үшін атауларын таңдайды. Бренд дəріні коммерциялық өнім ретінде жəне басқа өнімдерден ажырату үшін анықталады. Тек патенті бар компания ғана өнім маркетингі үшін брендті қолданады. Дəл осындай компаниялар пайдасы үшін айтуға оңай, тез есте сақталатын атауларды таңдап алады. Ал патент уақыты біткеннен кейін қоғам осы атаумен дəрілік заттарға қайтадан сұраныс жасайды. Сондай-ақ əрбір дəріге фармацевтикалық компания өнімді идентификациялау үшін қолданатын жалпы атау да беріледі. Дəрі-дəрмекті шығаратын фармацевтикалық компанияға тəуелсіз топтар ұсынған 10 атаудан бастапқы атаудың бірін таңдауға рұқсат етіледі. Айтылуы қиын жəне есте сақтау мүмкін емес болғандықтан, дəрігерлер мен тұтынушылар тауарлық брендті қолданатындықтан, бастапқы атауды таңдау компаниялар үшін тиімді. Тауарлық маркалар үнемі капиталданып отыруы қажет, ал бастапқы атаулары капиталды қажет етпейді. Дəріні өндірушілерге өздері шығаратын дəрілерді патенттеуге жəне оларға эсклюзивтік құқықты сақтауға рұқсат етіледі. Патент 20 жылға жарамды. Содан кейін патенттің уақыты өтіп, басқа фармацевтикалық компаниялар оны жалпыға ортақ атаумен немесе өзінің тек өздері ғана қолданатын фирмалық жеке маркасымен сата алады. Мысалы, ампициллин антибиотигі компанияның бастапқы патентіне сай Пенбритин деген атаумен сатылған. Енді кейін патент уақыты өткен соң басқа компаниялардың Ампицин, Амплитал, Бинотал, Нувапен, Пентрекс, Ультрабион, Вициллин жəне тағы да басқа патенттелмеген 30 фирмалық атаулармен сатылған. Дəріхана сөрелерінде рецепсіз берілетін көптеген дəрілер де бар. Олар көбінесе, бір немесе бірнеше белсенді ингредиенттер қоспасынан жəне дəм беруші заттар мен инертті толтырғыштардан тұрады. Мысалы, Адвил (Уайтхолл зертханасы), Мотрин (Апджон) жəне Нурпин (Бристол Мейерс Скуиф) сияқты жұмсақ анальгетик жəне қабынуға қарсы дəрілердің құрамында ибупрофен бар. Ибупрофен 1964 жылы Англияда Боотс компаниясында, сондай-ақ АҚШ тағамдық өнімдер мен дəрілерді қадағалау əкімшілігінде патенттеліп, 1984 жылдан бастап рецепсіз дəрі ретінде қолданылуына рұқсат берілген НЕГІЗГІ ҚОСЫЛЫСТАР Дəрілік заттар химиясының мақсаты нақты бір ауруларға қатысты күшті əсер ететін жəне қосымша əсері өте аз дəрілік заттарды іздестіру. Басқаша айтқанда, дəрілік зат таңдамалы түрде əсер етуі керек. Дəрі дұрыс концентрацияда ағзаға қажетті мөлшерде қажетті уақытта белгілі жерге жетуі керек. Сондықтан дəрілік заттың жақсы еруі мен жасуша-нысанға жетуі үшін белгілі бір физика-химиялық қасиеттерге ие болуы керек. Мысалы, егер дəрі ауыз арқылы қабылданса, онда ол асқазанның қышқылды ортасына сезімтал болмауы керек жəне мақсатына жеткенше бауырда ферменттік ыдырауға түспеуі керек. 398

399 Соңында ол сол қалпында немесе зиянсыз қосылыстарға ыдырап бөлініп шығуы керек. Дəрілік заттарды адамдар өте ерте заманнан бері қолданып келеді. Олардың белсенді ингредиенттері шөптерден, жидектерден, тамырдан, қабықтан бөлініп, дəстүрлі медицинада қолданылған. Мысалы, дигитоксин оймақгүл өсімдігінде кездесетін жүрек стимуляторы. Хин ағашының қабығынан безгек ауруын емдеуде қолданылатын хинин алынады. Ива ағашының қабығында безгек пен ауруды басуда қолданылатын салицилаттар болады. Шығыс апиыны итқызғалдақтан (мак) алынатын сүтті сұйық морфин күшті ауру сезімін басуда жəне кодеин жөтелді емдеуде қолданылады жылы дəрілік заттарды дайындауға 50-ден астам əртүрлі шөптер қолданылған. Олардың көпшілігі діни мекеме бақтарында өсірілген. Ғалымдар əлі күнге дейін өсімдіктер, жидектерден жəне мұхиттың флора мен фауна əлемінен жаңа дəрілік заттарды ідестіруде. Таксол Тынық мұхитында өсетін тиса өсімдігі қабығынан бөлінген қосылыс жəне оның ісікке қарсы дəрілік зат екендігі анықталған (12.5-бөлім). Соңғы уақытта анықталған жаңа дəрілік заттардың жартысына жуығы табиғи өнімдер немесе табиғи өнімдерден алынған. Дəрілік заттар табиғи шикізаттардан бөлініп, құрылысы анықталғаннан кейін басқа биологиялық белсенді қосылыстардың прототипі ретінде қолданылады. Прототип дегеніміз негізгі қосылыстар (олар іздестіру жұмыстарында маңызды рөл атқарады). Бұл қосылыстардың аналогтары синтезделіп, бастапқы қоспалармен салыстырғанда əсерлері тексерілген. Аналогтардың бастапқы қосылыстармен салыстырғанда əртүрлі орынбасарлары, түзу тізбек орнына тармақталған тізбекті, басқа сақиналы жүйелі немесе құрылысы өзгеше болуы мүмкін. 3-Dмолекула: оймақгүл Оймақгүл 399

400 21.3 МОЛЕКУЛАЛЫҚ МОДИФИКАЦИЯ Бастапқы қосылыстардағы компоненттердің құрылысын өзгертіп, аналогтардың туындыларын алу молекулалық модификация деп аталады. Бұл үрдіске қарапайым мысал ретінде кокаин негізінде алынған синтетикалық жергілікті анальгетиктерді келтіруге болады. Кокаин Оңтүстік Америкалық биік Анды тауларында өсетін бұта жапырақтарынан алынады. Кокаин əсері жоғары жергілікті анестетик, бірақ орталық жүйке жүйесіне (ОЖЖ) əсер ету арқылы қажетсіз бастапқы күйден де ауыр депрессияға дейін əкеледі. Кокаин молекуласынан сатылап метоксикарбонилкарбоксилат тобын бөліп жəне жеті мүшелі сақина жүйесін ашу арқылы ғалымдар молекуланың жергілікті анестетик болатын, бірақ ОЖЖ зиянды əсері жоқ бір бөлігін анықтаған. Бұған бастапқы қосылысты бензой қышқылымен əрекеттестіріп, əртүрлі эфирлерін алу арқылы қол жеткізген. 400 Кока жапырақтары

401 Кейін бірнеше жүздеген байланысқан эфирлер синтезделдген. Осындай үрдіс барысында алынған анестетиктерге бензокаинді жəне новокаин тауарлық маркасымен белгілі прокаинді айтуға болады. 3-Dмолекула: кока жапырақтары Прокаиннің күрделі эфир тобы күрделі эфир гидролизін катализдейтін ферменттер қатысында гидролизге жеңіл ұшырайтындықтан жартылай ыдырау уақыты өте тез жүреді. Сондықтан зерттеушілер аз гидролизденетін амидтік топтары бар қосылыстарды синтездеуге ден қойған (11.6-бөлім). Осылайша, кең таралған иньекциялық анестетик лидокаин ашылған. Лидокаиннің гидролизденетін жылдамдығы реакцияға бейім карбонил топтарына кеңістіктік кедергі жасайтын екі орта-метил орынбасарларына байланысты. Кейіннен дəрігерлер анестетиктің əсері табиғи жағдайда (тірі организмде) егер адреналинмен бірге енгізсе біршама ұзаратындығын анықтаған. Сондықтан адреналин қан тамырын кеңейтуші болып табылады, яғни қан айналуын азайтады, нəтижесінде дəрі өзінің көздеген орнында біршама ұзақ уақыт болады. Кокаиннің құрылымдық модификацияланған аналогтарын биологиялық белсенділікке тексергенде ғалымдар прокаиннің эфирлік байланысын амидтік байланысқа алмастырса жүректі тыныштандырушы, сондай-ақ жергілікті анестетик қызметін атқаратын прокаинамид гидрохлоридінің түзілетіндігін анықтап таңғалған. Қазіргі уақытта прокаинамид гидрохлориді клиникада аритмияға қарсы дəрі ретінде қолданылады. Морфин күшті ауру сезімін басатын көп қолданылатын анальгетик, ауруды басатын басқа дəрілер өлшенетін стандарт. Ғалымдар морфийді синтездеуді 401

402 үйренсе де, барлық коммерциялық морфин апиыннан, итқызғалдақтың (мак) бір түрінен сүтті сұйық түрінде бөлініп алынады (1-кітап, 19-бет). Морфин апиында 10% жоғары концентрацияда болады. Морфиннің бір ОН тобын метилдеу арқылы морфиннің анальгетиктік əсерінің 1/10 көрсететін, бірақ жөтелді басатын кодеин алынады. Апиынның 3%-ы кодеин болғандықтан көптеген коммерциялық кодеинді морфинді метилдеу арқылы алады. Морфиннің бір ОН тобын ацетилдеу арқылы потенцияны төмендететін қосылыс алынады. Екі ОН тобын ацетилдеу нəтижесінде морфиннен де күшті қосылыс героин түзіледі. Героиннің морфинге қарағанда, полюстілігі аз, сондықтан гематоэнецефалиттік кедергіден жылдам өтеді де, əсерін күшейтеді. Героиннің кері əсеріне байланысты көптеген елдерде пайдалануға тыйым салынған. Ол морфинді сірке ангидридімен ацетилдеу арқылы алынады (11.11-бөлім). Осылайша героин сірке қышқылынан түзілетін өнім. Есірткіні анықтау үшін құқық қорғау органдары сірке қышқылының өткір иісін тануға үйретілген иттерді пайдаланады. Кодеиннің молекулалық модификациясынан жөтелге арналған көптеген дəрілердің белсенді ингредиенті декстрометорфан алынады. Эторфинді синтездеу кезінде ғалымдар оның ауруды басатын əсері дəрінің полюссіз бөлігінің опиаттар рецепторының полюссіз бөлігімен қосылуы қабілетіне байланысты екендігін анықтаған (21.6-бөлім). Эторфин морфиннен 2000 есе күшті, бірақ ол адамдарға пайдалануға зиянды. Ол пілдерге жəне басқа да ірі жануарларға тыныштандырушы ретінде қолданылған. Пентазоцин акушерлік медицинада қолданылады, ауруды басады, бірақ морфин сияқты нəрестенің тыныс алуын қиындатпайды. 402

403 1944 жылы неміс ғалымдары бұлшық ет спазмаларын емдеуге арналған дəріні іздестіру кезінде метадонды синтездеген. Он жыл өткенше молекулалық модельді құрастырғаннан кейін метадон мен морфиннің құрылысының ұқсастығын ешкім мойындамаған. Бірақта морфиннен метадонның өзгешелігі ауыз арқылы қабылданады. Сондай-ақ метадонның жартылай бөліну уақыты морфинге қарағанда (2-4 сағат) өте ұзақ (24-26 сағат). Метадонның қайталанатын дозалары бірігіп əсер етеді, сондықтан ол өте аз мөлшерде жəне ұзақ интервалдар аралығында қолданылады. Осы қасиеттеріне байланысты метадон созылмалы ауруларды емдеуде жəне героиннің симптомдарын жоюда қолданылады. Метадонның карбонилді тобының тотықсыздануы мен ацетилденуінен α-ацетиметадол түзіледі. Солға бұрушы (-)- изомер бұл 72 сағат бойы абстиненция белгісін басатын қосылыс (6.12-бөлім). Метадонның аналогы Дарвонды қолданғанда ол алдымен ұзақ мерзімді нашақорларға қажет ауруды басатын дəрі деп есептелді. Əйтсе де, кейіннен оның улылығы аз жəне біршама эффективті анальгетиктермен салыстырғанда терапевтік əсерінің артықшылығының жоқ екендігі анықталды. Морфиннің молекулалық модификациясынан алынған барлық қосылыстардың жалпы құрылымдық ерекшеліктеріне назар аударыңыздар: ароматты сақина үшіншілік аминмен екі көміртегі атомы арқылы байланысқан төртіншілік көміртегіне қосылған. 403

404 21.4 КЕЗ КЕЛГЕН СКРИНИНГ Дəрілік заттардың көпшілігі мыңдаған қосылыстардың кездейсоқ ретпен скрингленуі арқылы анықталады. Қараңғы экран деп аталатын кездейсоқ экран бұл химиялық құрылысы белсенділік көрсетеді деген ақпаратты қолданбай-ақ фармакологиялық белсенді қосылыстарды іздестіру. Алғашқы қараңғы экранды қожайын-адамға зиян келтірмей-ақ африкалық ұйқы ауруын тудыратын микроорганизмдер трипансонды жоятын «сиқырлы оқты» іздестіру барысында Пауль Эрлих жүргізген. Трипансонға қарсы 900 қосылысты тексергеннен кейін Эрлих олардың кейбіреуін басқа бактерияларға да тексерген. 606 қосылыс (сальварсан) емделмейтін, адамның денсаулығына бүгінгі күнде ВИЧ сияқты əжептəуір əсер ететін сифилисті тудыратын микроорганизмдерге қарсы əсері күшті болған. Кездейсоқ тексерудің маңыздысы эффективті қосылысты табу. Бұл қажетті биологиялық белсенділікке анализ жасауды қажет етеді. Кейбір анализдерді пробиркада («шыныда», яғни пробирка немесе құты), мысалы, нақты ферментті ингибирлейтін қосылысты іздестіруде жүргізуге болады. Ал екіншілері табиғи жағдайда (тірі организмде), мысалы, тышқандарды өлімге əкелетін дозадағы вирустан құтқаратын қосылыстарды іздестіруде жүргізіледі. Мəселелердің бірі in vivo бойынша зерттеу, яғни дəрілік заттар əртүрлі жануарларда əрқалай сіңірілуі мүмкін (18.0-бөлім). Осылайша, тышқандар үшін əсері күшті дəрілік заттың адамдар үшін əсері төмен, тіпті, əсері жоқ болуы да мүмкін. Енді бір мəселе вирус пен дəрінің дозаларын реттеу. Егер вирустың дозасы өте көп болса, онда жануарларды құтқаратын биологиялық белсенді қосылыстардың болуына қарамастан тышқандардың өлуі мүмкін. Егер потенциалдық дəрінің дозасы жоғары болса, оның аз дозасында тірі қалатындай болғанымен, дəрілік зат тышқандарды өлтіруі де мүмкін. Азобояулардың жүндерді (жануарлар ақуызы) бояуда тиімді екендігін бақылау ғалымдарға ондай 404 оқулық: Дəрілік заттар класының құрылымдық ұқсастықтары Ө М І Р Б А Я Н Пауль Эрлих ( ) неміс бактериологы. Ол медицина докторы дəрежесін Лейпциг университетінде алады жəне Берлин университетінде профессор болып қызмет атқарады жылы ол дифтерияға қарсы əсері күшті дəрі антитоксинді жасап шығарады. Иммунитет үшін жасаған жұмыстарының нəтижелері бойынша 1908 жылы физиология мен медицина саласы бойынша Нобель сыйлығын иеленеді.

405 бояулардың бактериялық ақуыздармен таңдамалы түрде байланысуы мен үрдіс барысында бактерияға зақым келтіру мүмкіндігі жайлы ой тудырады. Қазіргі уақытта астам бояулар пробиркада бактерияға қарсы тестілеуден өткен. Бірақ олардың ешқайсысы антибиотикалық əсер көрсетпеген. Сол кезде, кейбір ғалымдар дəрігерлерге пробиркадағы емес адамдар мен жануарлар организміндегі инфекцияларды емдейтін бактерияға қарсы дəрілер қажет екендігін айтып, бояуларды табиғи жағдайда скринглеуді ұсынған. Табиғи жағдайдағы зерттеулер сондықтан бактериямен зақымданған тышқандарға жүргізілген. Енді зерттеушілердің сəті түсіп айтарлықтай нəтижелерге қол жеткізген. Бірнеше бояулар грам оң инфекцияға қарсы тұратындай нəтижелер көрсеткен. Олардың ішінде улылығы азы пронтозил (ашық-қызыл түсті бояу) бактериялық инфекцияға қарсы алғашқы дəрі болған. Пронтозилдің пробиркада белсенді еместігін, бірақ оның табиғи жағдайда бояудың ұсақ қоректілердің ағзасында белсенді қосылыстарға өзгеру керектігін көрсететін факты шындығында антибиотикті тапқан бактериологтарды қанағаттандырмаған. Кейінірек Пастер институтының ғалымдары пронтозилді зерттегеннен кейін, олар тышқандарға дəрі енгізілгеннен соң қызыл қосылыстың бөлінбейтіндігін анықтайды. Несептің сараптамасы тышқандардың ағзасынан түссіз қосылыс параацетамидбензосульфанамидтің бөлінбейтіндігін көрсетеді. Химиктер ацетилденген анилиннің табиғи жағдайда түссіз екендігін біледі, сондықтан олар ацетилденбеген қосылысты (сульфаниламидт) дайындайды. Сульфаниламидті стрептококпен зақымданған тышқандарға тексергенде, барлық тышқандар жазылып кеткен, ал емделмеген бақылаудағы тышқандардың барлығы өліп қалған. Сульфаниламид антибиотиктердің алғашқы тобы сульфаниламидтік дəрілерге жататын алғашқы сульфаниламидтік дəрілердің бірі. Сульфаниламид фолий қышқылы синтездейтін бактериалық ферментті ингибирлеу арқылы əсер етеді (17.11-бөлім). Осылайша, сульфаниламид бактериостатикалық наркотик, бактерияларды жоятын бактерицидтік дəрі емес, бактериялардың əрі қарай өсуін ингибирлейтін дəрі. 405

406 Сульфаниламид ол шамасы жағынан фолий қышқылына қосылатын карбон қышқылына ұқсас болғандықтан ферментті ингибирлейді. Көпшілік нəтижелі дəрілік заттар осындай шамасы ұқсас қосылыстармен ауыстыру стратегиясы бойынша жасалған. Ө М І Р Б А Я Н Герхард Домагк ( ) немістің бояу жəне басқа да химиялық заттар шығаратын И.Г. Фарбен индустриясының ғалым-зерттеушісі. Ол пронтозилдің бактерияға қарсы əсері жоғары дəрі екендігін көрсететін зерттеулерді жүргізген. Саусағын кесіп алып, стрептококпен зақымданып, дəріні қабылдағаннан кейін жазылған өзінің қызы алғашқы емдеген науқасы болған. Пронтозил 1936 жылы АҚШ президентінің кіші ұлы Франклин Д.Рузвельттің өмірін құтқарғаннан кейін кеңінен танымал болды. Домагк 1939 жылы физиология мен медицина саласы 6ойынша Нобель сыйлығының лауреаты атанады. Бірақ Гитлер немістердің Нобель сыйлығын алуына қарсы болды. Себебі, 1935 жылы бейбітшілік үшін Нобель сыйлығына ұсынылған Карл фон Куеску концлагерге отырғызылған неміс еді. Домагк тек 1947 жылы ғана Нобель сыйлығын алады, бірақ уақыт өтіп кеткендіктен оған ақшалай сыйлық берілмейді. ДƏРІЛЕРДІҢ ҚАУІПСІЗДІГІ 1937 жылдың қазан айында Теннесси штатының компаниясы шығарған сульфаниламидті қабылдаған науқастардың қатты іштері ауырып ес-түссіз күйге түскен. Сонда Чикаго университетінің фармакологы Евгений Гелинг пен оның аспиранты Фрэнсис Келси дəрілік заттарды бақылау федерациясынан тексеруді сұраған. Олар фармацевтикалық компания сульфаниламидті оның жұтылуы жеңіл болуы үшін тəтті дəмді сұйық диэтиленгликольде еріткендігін анықтайды. Бірақ та диэтиленгликольдің адамдарға зиянды еместігі ешқашан тексерілмеген еді. Шындығында ол өте күшті у болған. Фрэнсис Келси Америка Құрама Штаттарында талидомидтің сатылуына тыйым салған адамдардың бірі (6.12-бөлім). Сульфаниламидті тексеру кезінде өлімге əкелетін дəрілерді сатуға тыйым салатын ешқандай заң болған жоқ. Бірақ 1938 жылдың маусым айында тағам өнімдері, дəрі жəне косметикалық заттар бойынша федералдық заң қабылданады. Бұл заң сатылымға түсетін барлық дəрілік заттардың əсері мен қауіпсіздігін жан-жақты тексеруді талап етеді. 406

407 21.5 ДƏРІЛЕРДІ ЖАСАУДАҒЫ СЕРЕНДИПИТИ Көптеген дəрілер кездейсоқ табылған. Нитроглицерин стенокардия белгілерін (жүрек ауруы) жеңілдетуде қолданылатын дəрі, ол нитроглицеринді жарылғыш заттар өндірісіндегі алатын жұмысшылардың бастары қатты ауырған кезде анықтаған. Тексеру жұмыстары бастың ауруы өндірістегі нитроглицериннің қан тамырларын біршама кеңейтетіндігінен болатындығын көрсеткен. Ал стенокардия ұстамасына байланысты ауру ол қан тамырларының жүректі қажетінше қанмен қамтамасыз ете алмайтындығының нəтижесінде пайда болады. Нитроглицерин жүрек қан-тамырларын кеңейтіп, қолайсыздықты жояды. Транквилизатор Либриум де кездейсоқ анықталған дəрілердің бірі. Лев Стернбарх хиназолинді 3-оксидтер сериясын синтездейді де, бірақ олардың ешқайсысы да фармакологиялық белсенділік көрсетпейді. Қосылыстардың бірі хиназолинді 3-оксидтерге жатпағандықтан тексерілуге түспейді жəне оны синтездеу қарастырылмайды да. Екі жыл өткеннен кейін жоба тоқтатылған кезде лаборант зертхананы тазалап жүріп осы қосылысты тауып алады. Сол кезде Стернбарх оны тастамас бұрын тексеріп көрмекші болады. Нəтижесінде бұл қосылыс тыныштандырғыштық қасиет көрсетеді, ал оның құрылысын анықтағанда оның бензодиазепиннің 4-оксиді екендігі белгілі болады. Хлор орынбасарын орынбасу реакциясында метиламинге ауыстырып, хиназолин 3-оксидке қосса, түзілген қосылыс қосылу реакциясына түсіп, алты мүшелі сақинасының имин тобы жағынан сақина ашылып, қайтадан жеті мүшелі сақина түзіледі. Бұл қосылыс либриум деп аталып, 1960 жылы клиникалық қолданысқа енгізіледі. 407

408 Либриум басқа транквилизаторларды іздестіру үшін құрылысы өзгертілген. Осындай нəтижелі модификациялардың бірі либриумнан 10 есе күшті транквилизатор стеарат. Қазіргі уақытта АҚШ-пен басқа 15 шетелдерде транквилизатор ретінде сегіз бензодиазепин қолданылады. Осындай дəрілердің бірі Рогипнол деп аталады. Виагра дəрілік заттарды жасаудағы интуитивті серендипитидің мысалы бола алады. Виагра жүрек аурулары үшін клиникада тексерілген. Клиникалық зерттеулер Виаграның жүрек аурулары үшін ешқандай əсері жоқ болғандықтан тоқтатылған кезде олар тексеруге берілген таблеткаларды қайтадан кері қайтармай алып қалады. Себебі фармацевтикалық компания ол дəрінің басқа əсерлері болғанын түсінеді. Жалпы жаңа дəрілердің 75%-ы көздеген алғашқы мақсаттарынан басқа əсерлерімен танылады РЕЦЕПТОРЛАР Көптеген дəрілік заттар өздерінің физиологиялық əсерлерін жасушадағы реакцияның пайда болуына себепші болатын рецептор деп аталатын нақты жермен байланысуы арқылы көрсетеді. Сондықтан дəрілік заттың дəл осындай аздаған мөлшері өлшенетіндей физиологиялық əсерге əкеледі. 408

409 Рецепторлардың басым көпшілігі хиральды болғандықтан, дəрілік заттардың əртүрлі энантиомерлерінің əсері де əртүрлі болады (6.12-бөлім). Дəрілердің рецепторлары көбінесе, липопротеидтер немесе гликопротеидтерге жатады (15.16-бөлім). Кейбір рецепторлар жасуша мембраналарының бір бөлігі, ал екіншілері клетка ядросынан тыс цитоплазмада болады. Нуклеин қышқылдары, əсіресе, ДНҚ-да кейбір дəрі түрлерінде рецептор рөлін атқарады. Себебі, барлық жасушаларда рецепторлар болмайды, дəрілік заттардың маңызды сипаттамалары болады. Мысалы, адреналин жүрек бұлшық еттеріне интенсивті əсер етеді, бірақ организмнің басқа бөліктеріне əсер етпейді. Дəрілік зат өзінің рецепторымен біздер бұрын қарастырған сутектік Ө М І Р Б А Я Н Лев Х. Стернбах ( ) Австрияда дүниеге келген жылы бірінші дүние жүзілік соғыс пен Австия-Венгерлік империяның құлауынан кейін Стернбахтың əкесі Польшадағы Краков қаласына көшіп келіп, дəріхана ашуға концессия алады. Фармацевтің баласы ретінде Стернбах Ягеллонск университетіндегі фармация мектебіне қабылданып, фармация бойынша магистр жəне химия бойынша доктор дəрежесін алады. Шығыс Еуропадағы еврей ғалымдарына қатысты дискриминацияға байланысты Стернбах 1937 жылы Швейцарияға көшіп Ружикпен бірге ШТИ (Швейцария технологиялық институтуы) жұмыс жасайды (348-бет) жылы Хоффман-Ларош Стернбахпен өзімен бірге Еуропаның бірнеше ғалымдарын алып келеді. Стернбах Натли, Нью-Джерсидегі америкалық Ла- Роше штаб-пəтерінде химик-зерттеуші болып қызмет жасайды. Кейін медициналық химия институтының директоры болады. байланыспен электростатикалық күшпен жəне Ван дер Ваальстік əрекеттесуі сияқты байланыстыру түрімен өзінің рецепторымен əрекеттеседі (17.41-бөлім). Дəрілік зат пен рецептордың өзара əрекеттесуіндегі маңызды фактор олардың нығыз орналасуында. Мысалы, ДНҚ рецепторы болатын екі дəрілік зат хлорохин (безгекке қарсы) жəне 3,6-диаминакридиннің (бактерияға қарсы) байланысу үшін тартылу күші көп болса, биологиялық белсенділігі де жоғары болады. Осындай жазық сақиналы қосылыстар ДНҚ-ның қос спиралі бойымен негіздер жұбы арасында ойын карталарындағы колодаға карта қойылмайтындай жылжи алады жəне ДНҚ-ның қалыпты репликациясына кедергі жасайды. 409

410 Ғалымдар нақты дəрілік зат рецептормен əрекеттескенде дəрілік əсердің молекулалық негізде болатындығын білгенде олар қажетті биологиялық белсенділіктері бар қосылыстарды жоспарлай жəне синтездей алады. Мысалы, организмде гистаминнің артық мөлшері бөлінсе ол аллергиялық реакциямен суық тиюге байланысты ауру белгілерді тудырады. Бұл гистаминнің молекулалық құрылымындағы этиламин тобының гистамин рецепторының теріс зарядталған бөлігімен протондануы нəтижесінде пайда болады. Гистаминнің табиғи əсеріне ықпал ететін дəрілік заттар антигистаминдік дəрілік заттар деп аталады. Олар гистамин рецепторымен байланысады, бірақ гистамин сияқты реакцияларға түспейді. Гистамин сияқты бұл дəрілік заттарда рецептормен байланысатын протонданған амин топтары бар. Дəрілік заттарда гистамин молекуласын рецепторға жақындататын көлемді топтар болады. Организмде гистаминнің артық мөлшерде бөлінуі асқазанның сілемейлі қабатындағы жасушаларда асқазан қышқылдарының жоғарылауына əкеледі де, нəтижесінде асқазан жарасы пайда болады. Антигистаминдік дəрілік заттар гистаминнің артық мөлшеріне байланысты аллергиялық реакцияларды болдырмай гистаминдік рецепторларды тежейді. Бірақ НСІ бөлінуіне ешқандай əсер етпейді. Бұл факт ғалымдарды гистамин рецепторының екінші түрі Н 2 -рецепторы қышқылдың асқазанға келуіне мүмкіндік береді деген қорытындыға əкелді. 410

411 оқулық: дəрілік заттар класындағы құрылымдық ұқсастықтар 4-метилгистаминнің НСІ секрециясының əлсіз ингибирленуін тудыратындығы анықталған. Ол негізгі компонент ретінде қолданылады. 10 жыл уақыт аралығында 500-ден астам молекулалық модификациялар жасалып, клиникалық пайдалы төрт асқазан жарасына қарсы дəрілер анықталды. Олардың екеуі тагамет жəне зантак. Кеңістіктік тежелген рецепторлардың бұл қосылыстар үшін фактор еместігіне назар аударыңыздар. Антигистаминдік дəрілермен салыстырғанда əсері күшті асқазан жарасына қарсы дəрілік заттардың құрамында біршама полюсті сақина мен ұзын бүйір тізбектер бар. Тагаметтің құрамында 4-метилгистидиндегідей имидазол сақинасы бар, бірақ бүйір тізбегі басқаша келеді. Зантакта да тагаметке ұқсас гетероциклді сақина мен бүйір тізбегі бар. Бас сақинасы ұстамаларының генерациясына қатысты серотинді зерттеу жұмыстары сератин рецепторымен байланысатын дəрілік заттарды жасауға мүмкіндік туғызды жылы суматриптан енгізілгеннен кейін бас сақинасына байланысты ауру сезімімен бірге жүрек айнуы, жарық пен дыбысқа жоғары сезімталдық белгілері жойылған. 411

412 Суматриптанның жетістіктері молекулалық модифигуациясы бойынша басқа бас сақинасына қарсы заттарды іздестіруге себепші болды. Осыған байланысты 1997 жəне 1998 жылдары жаңа үш триптандар енгізілді. Бұл екінші ұрпақ триптандары суматриптанмен салыстырғанда, əсіресе, ыдырауы, жүрекке қосымша əсерлерінің төмен жəне ОЖЖ өтуінің жоғары болуымен ерекшеленеді. Модификацияланған қосылыстарды тексергенде олардың бастапқы қосылыстардан басқа фармакологиялық белсенділіктері іздестіріледі. Мысалы, антибиотик сульфонамидтің молекулалық модификациясынан гипогликемиялық белсенділігі бар препарат толбутамид түзіледі (21.4-бөлім). Антигистаминдік прометазиннің молекулалық модификациясынан (411-бет), дене температурасын түсіретін препарат аминазин алынады. Бұл препарат бұрындары науқастарды салқындату үшін суыққа, ылғал жапырақтармен ораған клиникалық кеуде хирургиясында кеңінен қолданылады. Себебі суыққа, ылғалды жапыраққа орау психотиялық науқастарды тыныштандыру үшін қолданылатын ескі əдістер болатын. Француз психиатры өзінің психатриялық ауруханасындағы кейбір 412

413 науқастарына осы дəрілік затты қолданып көрген. Ол хлорпромазиннің психотиялық симптомдарын басатындықтан науқастардың жағдайы қалыпты күйге түсетіндігін байқаған. Науқастардағы шизофрендік галлюцинация мен бақылаусыз сөйлеуі жойылып, олардың қоғамға қалыпты келуі орын алған. Аминазин төңірегіндегі байбалаң ұзаққа созылмады, бірақ науқастар дəріні қабылдағаннан кейін келісімсіз қозғалыстар жасаған. Мыңдаған молекулалық модификациясынан кейін тиоридазинді қабылдағанда қосымша əсерлері азайып, тыныштандырылған күйге түскен. Тиоридазин қазіргі уақытта клиникалық тəжірибеде нейролептик ретінде қолданылады. Кейде препарат алдымен бір мақсатта алынады, кейіннен оның қасиеттері басқа мақсаттар үшін де тиімді екендігі анықталады. Бета-блокаторлар алдымен жүректің жұмысын азайтып, тамақтың қабынуына байланысты ауру сезімін басу үшін қолданылған. Кейіннен олардың гипертензияға қарсы əсерлері анықталып, негізінен гипертонияны бақылауда қолданылады ДƏРІЛЕРДІҢ ТҰРАҚТЫЛЫҒЫ Бактериялық штамм жыл уақыт аралығында антибиотиктерге тұрақты болады. Антибиотиктердің соңғы класы фторхинолондар жақын уақытқа дейін белгісіз болып келді, дəрілердің медициналық химияда маңызды мəселелердің бірі болғандықтан тек 30 жыл бұрын ғана анықталған. Бактериялардың антибиотиктерге тұрақтылығы күннен-күнге артып келеді. Фторхинолондардың антибиотиктік белсенділігі олардың транскрипцияға қажетті фермент ДНҚ гиразаны ингибирлеу қабілетінің нəтижесінде пайда болады (20.6-бөлім). Адамдар бактериялар мен фермент түріндегі ұсақ қоректілер əртүрлі болғандықтан жəне фторхинолондар тек бактериялық ферменттермен ингибирленетіндіктен дəріден зардап шекпейді. Фторхинолондар əртүрлі болады. Олардың барлығында жасуша мен ұлпаға енуі үшін дəрінің липофильділігін арттыратын фтор орынбасарлары бар. Егер 4- пиперидон сақинасынан карбоксил тобы немесе қос байланыс жойылса, онда оның барлық белсенділігі де жойылады. Пиперазин сақинасындағы орынбасарлардың өзгеруінен дəрілік зат бауыры ауыратын адамдарға пайдалы болып, организмнен бауыр арқылы емесе бүйрек арқылы бөлінеді. Пиперазин сақинасындағы орынбасарлар сондай-ақ дəрінің жартылай ыдырауына да əсер етеді (дəрінің реакциялық қабілетінінің жартысын жоюға қажетті уақыт). 413

414 Дəрілерді бақылау федерациясының 2000 жылы зивоксты мақұлдауын медицина қоғамы үлкен қуанышпен қарсы алды. Зивокс-оксазолидинонды жаңа антибиотиктердің алғашқысы. Клиникалық зерттеулерде зивокс басқа барлық антибиотиктерге тұрақты бактерияны жұқтырған науқастардың 75%-ын емдеуде тиімді болған. Антибиотиктердің екінші жаңа түрлеріне 2005 жылы дəрілерді бақылау федерациясы құрамында он бір амин қышқылы (9 L жəне 2D) жəне α-амин топтарына қосылған он көміртекті ацил тобы бар липопептидті антибиотиктердің бірі Цибуцинге қол жеткізілді. Зивокс басқа антибиотиктердің əсерінен бөлек белгілі бір жердегі бактерияның өсуін тежейтін синтетикалық қосылыс. Зивокс ақуыз синтезі жүретін жерде тасымалдаушы трнқ мен рибосома жəне бірінші амин қышқылы мен мрнқ арасында кешен түзілуін болдырмау арқылы ақуыз синтезін тежейді (20.7 жəне 20.8-бөлімдер). Осындай дəрілік заттың жаңа жағдаймен қарсыласуы сирек жəне баяу ырғақпен жүреді МОЛЕКУЛАЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУ Молекула пішіні оның рецептор болуын анықтайтындықтан, құрылысы ұқсас қосылыстар сияқты биологиялық белсенділік көрсететіндігін де анықтайды. Себебі компьютерлер көмегімен видео дисплейде қосылыстың молекулалық моделін жасауға жəне оны əртүрлі конформацияда орналастыруға болады. Компьютерде 414

415 молекулалық модельдеу дəрілерді біршама рационалдық түрде құрастыруға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде мыңдаған қосылыстар жиынтығынан құрылысы мен конформациялық қасиеттеріне сай қосылысты анықтауға мүмкіндік беретін химиктер қолданатын көптеген компьютерлік бағдарламалар да бар. Мысалы, микробқа қарсы кең көлемді əсері бар антибиотик нетропсиннің ДНҚ-мен байланысуы 21.1-суретте көрсетілген. СПИД вирусын емдеуде қолданылатын препарат Ретонавир вирустың жетілуіне қажетті фермент ВИЧ-протеазаның белсенділігін оның белсенді орталығымен байланысуы арқылы жояды (21.2-сурет) сурет Нетропсин антибиотигінің ДНҚ-мен байланысуы 415

416 21.2-сурет Ретонавир вирустың жетілуіне қажетті фермент ВИЧ протеазаның белсенділігін оның белсенді орталығымен байланысуы арқылы жоятын препарат. Қосылыс пен рецептордың арасындағы сəйкестікті болжау арқылы қажетті нəтижеге қол жеткізетіндей қосылысқа жасалатын түрлендірулерді ұсынуға болады. Осылайша, биологиялық белсенділікке экранда синтезделетін қосылыс біршама рационалды болады, бұл фармакологиялық белсенді қосылыстың жылдам ашылуына əкеледі. Молекулалық модельдеу ғалымдар рецепторлық бөліктер жайлы көп білген сайын құнды болады ВИРУСҚА ҚАРСЫ ПРЕПАРАТТАР Вирустық инфекцияға қарсы клиникалық қолданылатын дəрілер аз шығарылған. Мұндай баяу прогресс вирустың сипаты мен қайталануына байланысты. Вирусқа қарсы препараттардың көпшілігі вирус ДНҚ немесе РНҚ синтезіне кедергі келтіретін нуклеозидтердің аналогы. Осылайша олар вирустың көбеюіне жол бермейді. Мысалы, герпес вирусына қарсы қолданылатын препарат ацикловир гуанинге ұқсас үш өлшемді формада болады. Сондықтан Ацикловир вирус ДНҚсындағы гуаниннің орнына өтіп, вирустың алдын алады. Мұндай жағдай орын алған кезде ДНҚ тізбегі əрі қарай өсе алмайды, себебі ацикловир 3 1 -ОН тобымен қосыла алмайды (20.2-бөлім). 416

417 лейкомеяға Цитарабин, вирус ДНҚ-ға өтуге цитозинмен бəсекелесіп, өткір миелолейкозда қолданылады. Цитарабин құрамында рибоза емес арабиноза болады жəне офтальмологияда қолданылады (15.1-кесте) ОН тобы β-жағдайда орналасқандықтан (рибонуклеозидтегі 2 1 -ОН тобы α-жағдайда) ДНҚ-дағы негіздер қажетті ретпен орналаспайды. Рибавирин вирусқа қарсы кең көлемде қолданылатын ГТФ синтезіне жəне барлық нуклеин қышқылдарының синтезіне кедергі жасайтын дəрі ДƏРІЛЕРДІ ҮНЕМДЕУ: ҮКІМЕТТІҢ БҰЙРЫҒЫ Жаңа препараттың орташа бағасы $100 миллионнан $500 миллионға дейін жетеді. Өндіруші осы шығындарды жылдам қайтаруы керек, себебі патенттің жұмыс жасау уақыты препараттың алғашқы анықталған күнінен бастап есептеледі. Патент қолданылған күннен бастап 20 жыл уақыт қолданыста болады. Бірақ препараттың алғашқы ашылғанынан кейін 12 жыл қолданылады, ал препарат ашылып, рынокқа түскенше 8 жыл уақыт жұмсалады. Осы алғашқы 8 жыл патенттік қорғау жылы деп есептеледі, дəріні сату алғашқы шығындарды жауып, жаңа дəрілік заттарды зерттеуге жұмсалады. Бұдан бөлек дəрінің орташа өмір сүру уақыты жыл. Одан кейін препарат жаңа жəне жақсартылған дəрі түріне ауыстырылады. Тек 3 препараттардың біреуі ғана компанияға пайда əкеледі. Не себепті жаңа дəріні шығару соншалықты қымбат тұрады? Алдымен өнімдер мен дəрілерге оларды қолданысқа енгізілуі үшін өте қатаң стандарттар бар (21.4- бөлім). Көптеген дəрілердің құнды болуына себепші маңызды фактор оның бастапқы жолынан өнімнің бекітілуіне дейінгі жету жолы. Тек əрбір 100 тестіленген қосылыстың біреуі немесе екеуі ғана дəрілік зат болады; 100 құрылымдық модификацияның ішіндегі негізгі компоненттің біреуі ғана ары қарай қолданысқа мақұлданады қосылыстың əрқайсысы жануарларға тексеріледі де, тек 10 ғана клиникалық тексеріске түседі. Клиникалық зерттеулер үш сатыдан тұрады: бірінші сатыда тиімділігі, қауіпсіздігі, қосымша əсерлері жəне 100 дені сау еріктілерге əсер ету дозасы бағаланады; екінші сатыда тиімділігі, қауіпсіздігі, қосымша əсерлері жəне

418 дені сау еріктілерге əсер ету дозасы бағаланады; үшінші сатыда тиімділігі мен препараттың сəйкес дозасы анықталады жəне мыңдаған ерікті науқастарға қосымша əсерлері бақыланады. Клиникалық тексеруге түсетін əрбір 10 қосылыстың тек біреуі ғана дəрі атануы үшін қойылатын қатаң талаптарға жауап бере алады. ЖЕТІМДЕРГЕ АРНАЛҒАН ДƏРІЛЕР Дəрілік затты дайындау бағасының қымбат болуынан фармацевтикалық компаниялар оларды сирек кездесетін ауру түрлеріне тексергілері келмейді. Егер компания ауруға қарсы тиімді дəріні табуы керек болса да оның шығымын өтеу сұраныстың шектеулі болуынан мүмкін болмайды жылы осындай аурумен ауыратын адамдар үшін АҚШ конгресі жетім балаларға арналған дəрілік заттар туралы заң қабылдаған. Бұл заң бойынша жетім балаларды емдеумен адамнан көп болғанда дəрілік препараттар маркетингі мен оларды салық жеңілдіктерімен жəне ғылыми зерттеу қорынан субсидия бөледі. Бұдан басқа заң препараттар шығаратын маркетингке жеті эксклюзивті құқығын да қарастырады. Өндіріске дейін 10 жыл ішінде осы заң бойынша жетімдерге арналған оншақты дəрілік заттар шығарылды. Қазіргі уақытта 250-ден астам дəріге қолжетімді жəне 100-нан аса түрі жасап шығарылуда. Алғашында заңға сирек шығарылған дəрілік заттар (СПИД-ті емдеуге) енгізілді. Олар таксол (жұмыртқаның ісік ауруын емдеуге), экзосурв (жаңадан туылған балалардың респираторлы дистресс-синдромын), оптикром (көздің ісуі) жəне эпоген (анемияны емдеуде) сияқты препараттар. ҚОРЫТЫНДЫ Дəрілік заттар дегеніміз биологиялық молекуламен əрекеттесіп, физиологиялық реакция туғызатын қосылыстар. Əрбір дəрілік заттардың 20 жыл уақыт аралығында жарамды болуын қамтамасыз ететін патент иегерлері қолданатын атаулары болады. Патенттің уақыты өткеннен кейін ол дəрілік затты басқа фармацевтикалық компаниялар алғашқы атауларын пайдаланып сата алады. Тағамдық өнімдер мен медикаменттерге (ДФА) нақты қолданысқа түсер алдында міндетті түрде орындалатын жоғары талаптар қойылады. Жаңа дəрілік заттың прототипі негізгі қосылыстар болып табылады. Негізгі компоненттің құрылысын өзгерту молекулалық модификация деп аталады. Негізгі фармакалогиялық белсенді қосылыстарды іздестірудегі кездейсоқ экран ол қосылыстың құрылымы белсенділік көрсетеді деген ақпаратты тасымалдамайды. Көптеген дəрілік заттар өздерінің физиологиялық əсерлерін рецептор деп аталатын арнайы орынмен байланысуы арқылы көрсетеді. Вирусқа қарсы препараттар нуклеозидтердің аналогы болып табылады, олар ДНҚ немесе РНҚ синтезіне кедергі жасау арқылы вирустардың көбеюін болдырмайды. Бактериостатикалық препараттар бактериялардың əрі қарай өсуін тежейді; бактерицидтік препарат бактерияларды жояды. 418

419 Соңғы жылдары көптеген бактериялардың барлық антибиотиктерге тұрақтылығы артуда, сондықтан дəрілердің тұрақтылығы медициналық химиядағы маңызды мəселеге айналып отыр. ЖАТТЫҒУЛАР 1. Келесі дəрілік заттардың химиялық атаулары қандай? а. бензокаин (21.3-бөлім ) ə. идоксуридин (21.9-бөлім) 2. Новакаин мен лидокаин алынатын бастапқы қосылыстар негізінде анестетик ретінде қолданылатын басқа қосылыстардың құрылысын көрсетіңіздер. 3. Келесі қосылыстардың қайсысы транквилизатор ретінде белсенділік көрсетеді? 4. Қандай қосылыс жалпы наркоз ретінде қолданылады? CH 3 CH 2 CH 2 OH жəне CH 3 OCH 2 CH 3 5. Препараттың терапевтік индексі шекті дозасының терапевтік дозаға қатынасы. Сонда терапевтік индекс жоғары болған сайын препараттың мықтылық қоры да жоғары болады. Тетрагидроканнабиолдың тышқандардағы шекті дозасы 2,0г/кг жəне терапевтік дозасы 20мг/кг. Натрий пентатолының тышқандардағы шекті дозасы 100мг/кг, жəне терапевтік дозасы 30мг/кг. Дəрілердің қайсысының зияны жоқ? бөлімде берілген вирусқа қарсы препараттардың қайсысының табиғи нуклеозидтерден өзгешелігі бар, ол нені еске түсіреді? 7. Бензодиазепин-4-оксидтің хиназолин 3-оксид пен метиламиннен түзілу реакциясы бойынша механизмін көрсетіңіздер. 419

420 Органикалық қосылыстардың физикалық қасиеттері І ҚОСЫМША атауы Алкендердің физикалық қасиеттері құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) этен СН 2 =СН пропен СН 2 =СНСН бутен-1 СН 2 =СНСН 2 СН ,3 пентен-1 СН 2 =СН(СН 2 ) 2 СН ,641 гексен-1 СН 2 =СН(СН 2 ) 3 СН ,673 гептен-1 СН 2 =СН(СН 2 ) 4 СН ,697 октен-1 СН 2 =СН(СН 2 ) 5 СН ,715 нонен-1 СН 2 =СН(СН 2 ) 6 СН ,730 декен-1 СН 2 =СН(СН 2 ) 7 СН ,741 цис-бутен-2 цис-сн 3 СН=СНСН ,650 транс-бутен-2 транс-сн 3 СН=СНСН ,649 метилпропен СН 2 =С(СН 3 ) ,9 0,594 цис-пентен-2 цис-н 3 СН=СНСН 2 СН ,650 транс-пентен-2 транс-сн 3 СН=СНСН 2 СН ,649 циклогексен ,811 тығыздығы (г/мл) Алкиндердің физикалық қасиеттері атауы құрылысы қайнау темп балқу тығыздығы ( о С) темп ( о С) (г/мл) этин НС СН пропин НС СНСН 3-101,5-23,2 бутин-1 НС ССН 2 СН ,1 бутин-2 СН 3 С ССН ,694 пентин-1 НС СН(СН 2 ) 3 СН ,3 0,695 пентин-2 СН 3 С ССН 2 СН ,5 0,714 3-метилбутин-1 НС ССН(СН 3 ) ,665 гексин-1 НС С(СН 2 ) 3 СН ,715 гексин-2 СН 3 С С(СН 2 ) 2 СН ,731 гексин-3 СН 3 СН 2 С ССН 2 СН ,725 гептин-1 НС С(СН 2 ) 4 СН ,733 октин-1 НС С(СН 2 ) 5 СН ,747 нонин-1 НС С(СН 2 ) 6 СН ,757 декин-1 НС С(СН 2 ) 7 СН ,766 Қаныққан циклоалкандардың физикалық қасиеттері атауы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) циклопропан циклобутан циклопентан ,751 циклогексан 6,5 81 0,779 циклогептан ,811 циклооктан ,834 метилциклопентан ,749 метилциклогексан ,769 цис-1,2-диметилциклопентан ,772 транс-1,2-диметилциклопентан ,750 тығыздығы (г/мл) 420

421 Эфирлердің физикалық қасиеттері атауы құрылысы қайнау балқу тығыздығы темп ( о С) темп ( о С) (г/мл) диметил эфирі СН 3 ОСН ,8 диэтил эфирі СН 3 СН 2 ОСН 2 СН ,6 0,706 дипропил эфирі СН 3 (СН 2 ) 2 О(СН 2 ) 2 СН ,736 диизопропил эфирі (СН 3 ) 2 СНОСН(СН 3 ) ,725 дибутил эфирі СН 3 (СН 2 ) 3 О(СН 2 ) 2 СН ,764 дивинил эфирі СН 2 =СНОСН=СН 2 35 диаллил эфирі СН 2 =СНСН 2 ОСН 2 СН=СН ,830 тетрагидрофуран ,889 диоксан O O O ,034 атауы Спирттердің физикалық қасиеттері құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) метанол СН 3 ОН -97,8 64 этанол СН 3 СН 2 ОН -114,7 78 пропанол-1 СН 3 (СН 2 ) 2 ОН ,4 бутанол-1 СН 3 (СН 2 ) 3 ОН ,9 пентанол-1 СН 3 (СН 2 ) 4 ОН ,3 гексанол-1 СН 3 (СН 2 ) 5 ОН ,6 гептанол-1 СН 3 (СН 2 ) 6 ОН ,2 октанол-1 СН 3 (СН 2 ) 7 ОН ,05 пропанол-2 СН 3 СНОНСН 3-89,5 82 бутанол-2 СН 3 СНОНСН 2 СН ,5 12,5 2-метилпропанол-1 2-метилпропанол-2 (СН 3 ) 2 СНСН 2 ОН (СН 3 ) 3 ОН , ,0 3-метилбутанол-2 (СН 3 ) 2 СН(СН 2 ) 2 ОН метилбутанол-2 (СН 3 ) 2 СОНСН 2 СН ,5 2,2-диметилпропанол-1 (СН 3 ) 3 ССН 2 ОН алил спиртi СН 2 =СНСН 2 ОН циклопентанол С 5 Н 9 ОН нашар еридi циклогексанол С 6 Н 11 ОН нашар еридi Бензил спиртi С 6 Н 5 СН 2 ОН ерiгiштiгi (100г суда 25 о С) Галоген алкандардың физикалық қасиеттері Атауы Балқу температурасы ( о С) фторидтер хлоридтер бромидтер иодидтер метил -78,4-24,2 3,6 42,4 этил -37,7-12,3 38,4 72,3 пропил -2,5 46,6 71,0 102,5 изопропил -9,4 34,8 59,4 89,5 бутил 32,5 78, ,5 изобутил 68, екiншiлiк бутил 68,3 91,2 120,0 421

422 үшiншiлiк бутил 50,2 73,1 - пентил 62, гексил атауы Аминдердің физикалық қасиеттері құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) ерiгiштiгi (100г суда 25 о С) бiрiншiлiк аминдер метиламин СН 3 NH ,3 жақсы ериді этиламин СН 3 СН 2 NH пропиламин СН 3 (СН 2 ) 2 NH изопропиламин (СН 3 ) 2 CHNH бутиламин CH 3 (СН 3 ) 2 NH жақсы ериді изобутиламин (CH 3 )СНСН 2 NH екiншілік-бутиламин CH 3 CH 2 CH(СН 3 ) 2 NH үшiншiлiк-бутиламин (СН 3 ) 3 СNH циклогексиламин C 6 Н 11 NH нашар ериді екiншiлiк аминдер диметиламин (СН 3 ) 2 NH -93 7,4 жақсы ериді диэтиламин (СН 3 CH 2 ) 2 NH ,0 дипропиламин (СН 3 CH 2 CH 2 ) 2 NH ,0 дибутиламин (СН 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 NH нашар ериді Үшiншiлiк аминдер үшметиламин (СН 3 ) 3 N ,9 91 үшэтиламин (СН 3 CH 2 ) 3 N үшпропиламин (СН 3 CH 2 CH 2 ) 3 N нашар ериді атауы Бензол жəне бензол туындыларының физикалық қасиеттері құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) ерiгiштiгi (100г суда 25 о С) анилин С 6 Н 5 NH ,7 бензол С 6 Н 6 5,5 80,1 нашар ериді бензальдегид С 6 Н 5 CHO нашар ериді бензамид С 6 Н 5 CONH нашар ериді бензой қышқылы С 6 Н 5 COOH ,34 бромды бензол С 6 Н 5 Br -30,8 156 ерімейді хлорлы бензол С 6 Н 5 CI -45,6 132 ерімейді нитробензол С 6 Н 5 NO 2 5,7 210,8 нашар ериді фенол С 6 Н 5 OH нашар ериді стирол С 6 Н 5 CH=CH 2-30,6 145,2 ерімейді толуол С 6 Н 5 CH ,6 ерімейді атауы Карбон қышқылдарының физикалық қасиеттері құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) құмырсқа қышқылы НСООН 8,4 101 сірке қышқылы СН 3 СООН 16,6 118 пропион қышқылы СН 3 СН 2 СООН бутан қышқылы СН 3 (СН 2 ) 2 СООН пентан қышқылы СН 3 (СН 2 ) 3 СООН ,97 гексан қышқылы СН 3 (СН 2 ) 4 СООН ,97 гептан қышқылы СН 3 (СН 2 ) 5 СООН ,24 октан қышқылы СН 3 (СН 2 ) 6 СООН ,068 нонан қышқылы СН 3 (СН 2 ) 7 СООН ,026 декан қышқылы СН 3 (СН 2 ) 8 СООН ,015 ерiгiштiгi (100г суда 25 о С) 422

423 Дикарбон қышқылдарының физикалық қасиеттері атауы құрылысы қайнау темп ерiгiштiгi ( о С) (100г суда 25 о С) қымыздық қышқылы НООССООН 189 ериді малон қышқылы НООССН 2 СООН 136 жақсы ериді янтарь қышқылы НООС(СН 2 ) 2 СООН 185 нашар ериді глутарь қышқылы НООС(СН 2 ) 3 СООН 98 жақсы ериді адипин қышқылы НООС(СН 2 ) 4 СООН 151 нашар ериді пимелин қышқылы НООС(СН 2 ) 5 СООН 106 нашар ериді фталь қышқылы 1,2-С 6 Н 4 )СООН) нашар ериді малеин қышқылы цис- 130,5 жақсы ериді НООССН=СНСООН фумар қышқылы транс- НООССН=СНСООН 302 нашар ериді Галогенангидридтер мен қышқыл ангидридтерінің физикалық қасиеттері атауы құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) хлорлы ацетил СН 3 СОСІ хлорлы пропионил СН 3 СН 2 СОСІ хлорлы бутирил СН 3 (СН 2 ) 2 СОСІ хлорлы валерил СН 3 (СН 2 ) 3 СОСІ сірке ангидриді СН 3 (СО)О)СО)СН янтарь ангидриді Эфирлердің физикалық қасиеттері атауы құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) метил формиат НСООСН этил формиат НСООСН 2 СН метил ацетат СН 3 СООСН ,5 этил ацетат СН 3 СООСН 2 СН пропил ацетат СН 3 СОО(СН 2 ) 2 СН метил пропиоанат СН 3 СН 2 СООСН 3-87,5 80 этил пропионат СН 3 СН 2 СООСН 2 СН метил бутират СН 3 СН 2 СН 2 СООСН 3-84,8 102,3 этил бутират СН 3 СН 2 СН 2 СООСН 2 СН сиеттеріэфирлердің физикалық қасиеттеріэфирлердің физикалық қасиеттері Амидтердің физикалық қасиеттері атауы құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) формамид НСОNH * ацетамид СН 3 СО NH пропанамид СН 3 СН 2 CO NH бутанамид CH 3 (СН 2 ) 2 СО NH пентанамид СН 3 (СН 2 ) 3 CO NH *қосылысы ыдырайды дегенді білдіреді aтауы Альдегидтердің физикалық қасиеттері құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) ерiгiштiгi (100 г суда 25 о С) формальдегид НСНО жақсы ериді ацетальдегид СН 3 СНО

424 пропион альдегид СН 3 СН 2 СНО бутаналь СН 3 (СН 2 ) 2 СНО пентаналь СН 3 (СН 2 ) 3 СНО нашар ериді гексаналь СН 3 (СН 2 ) 4 СНО нашар ериді гептаналь СН 3 (СН 2 ) 5 СНО ,1 октаналь СН 3 (СН 2 ) 6 СНО 171 ерімейді нонаналь СН 3 (СН 2 ) 7 СНО 192 ерімейді деканаль СН 3 (СН 2 ) 8 СНО ерімейді бенальдегид С 6 Н 5 СНО ,3 атауы Кетондардың физикалық қасиеттері құрылысы қайнау темп ( о С) балқу темп ( о С) ерiгiштiгi (100г суда 25 о С) ацетон СН 3 СОСН бутанон-2 СН 3 СОСН 2 СН ,6 пентанон-2 СН 3 СО(СН 2 ) 2 СН ,5 гексанон-2 СН 3 СО(СН 2 ) 3 СН ,6 гептанон-2 СН 3 СО(СН 2 ) 4 СН ,4 октанон-2 СН 3 СО(СН 2 ) 5 СН ерімейді нонанон-2 СН 3 СО(СН 2 ) 6 СН ерімейді деканон-2 СН 3 СО(СН 2 ) 7 СН ерімейді пентанон-3 СН 3 СН 2 СОСН 2 СН ,8 гексанон-3 СН 3 СН 2 СО(СН 2 ) 2 СН ,5 гептанон-3 СН 3 СН 2 СО(СН 2 ) 3 СН ,3 ацетофенон СН 3 СОС 6 Н ерімейді пропиофенон СН 3 СН 2 СОС 6 Н ерімейді 424

425 ІІ ҚОСЫМША рка мəндер қосылыс рк а қосылыс рк а қосылыс рк а а əр қосылыстың рк а мəні қызылмен боялған Н қатысты көрсетілген 425

426 рк а мəндері (жалғасы) қосылыс рк а қосылыс рк а қосылыс рк а 426

427 ІІІ ҚОСЫМША ЯМР 1 Н спектріндегі химиялық ығысулар 427

428 428 ИҚ спектріндегі функционалдық топтардың сипаттамалы жұтылу жолақтары (s күшті, m орташа, w әлсіз). (Стамфордтық зерттеу зертханасы, Американдық компания және оптикалық қоғамдық журнал).топтардың обертоны 2.

429 429

430 430

431 КЕЙБІР ЖАТТЫҒУЛАРДЫҢ ЖАУАПТАРЫ 1-ТАРАУ 1. мм = 16 = 8 п + 8н.; мм = 17 = 8 п + 9 н; мм = 18 = 8 п + 10 н 2. 4ə. 5 б. 6 в N = 2 ядро, 5 валентті; п = 10 ядро, 5 валентті ə. O = 2 ядро, 6 валентті; S = 10 ядро, 6 валентті а. СІ-СН 3 ə. Н-ОН б. Н-F в.ci-ch 3 7. а. KCІ ə. Cl 2 8. а.но - - Н + ə. Н 3 С + - NH 2 - б. НО - -Br + в.i + -CI - 9. LiH жəне НF ə. HF 10. а. оттегі ə. оттегі б. оттегі в. оттегі 11.а. б. ə. в а.Cl ə. Об. N в. С жəне Н 16. C 2 H 7, C 3 H байланыс sp 3 -sp 2 қаптасудан түзіледі. 8. С-Н байланысы sp 3 -s қаптасудан түзіледі ,5 о үлкен жəне109,5 о -тан кішірек. 22. сутектері. 23. Су біршама полюсті. Метан біршама полюссіз Салыстырмалы шамалары: Br 2 > Cl 2 ; салыстырмалы төмен: HBr> HCl> HF; салыстырмалы күшті: HF> HCl> HBr 26. а. 1. С-Br 2. С-С 3. Н-СІ ə. 1.С- СІ 2. С-Н 3. Н-Н 27. байланыс. 431