|
|
|
Главная --> Справочник терминов Вторичного метаболизма На первой стадии к 1-бутену присоединяется протон с образованием вторичного карбокатиона с плоской структурой: При действии безводной щавелевой кислоты на пинакол «новый спирт (51) наблюдается ретропинаколиновая перегруппировка. В данном случае из вторичного карбокатиона (52) образуется более энергетически выгодный карбокатион (53), который затем стабилизируется депротонированием: Вопрос о том, почему на первой стадии реакции протонируется обладающий менее основными свойствами атом кислорода гидроксигруппы в положении 2 глицерина, остается дискуссионным. Возможно, что скорость рассмотренной выше реакции, протекающей по механизму SN! с промежуточным образованием вторичного карбокатиона, выше скорости бимолекулярной реакции, протекающей по механизму SN2 и начинающейся с протонирования более основной первичной спиртовой группы, в результате которой должен образоваться гидроксиацетон: На первой стадии к 1-бутену присоединяется протон с образованием вторичного карбокатиона с плоской структурой: Энтальпия изомеризации вторичного карбокатиона СНзСН+СН2СНз в третичный (СНз)зС+-катион, согласно очень точньш калориметрическим измерениям в суперкислотах SC^FCl - SbFg, составляет -14,5 ккал/моль. Аналогично из всех изомерных пентанолов в суперкислотах получается mpem-пентилкатион, а из гексанолов - mpem-гексилкатион. Третичный 1-метилциклопентилкатион получается в результате ионизации всех изомерных спиртов и галогенидов: нием вторичного карбокатиона с плоской структурой: карбокатион мостиком вторичного карбокатиона При действии безводной щавелевой кислоты на пинатчино-вый спирт (51) наблюдается ретропинаколиновая перегруппировка. В данном случае из вторичного карбокатиона (52) образуется более энергетически выгодный карбокатион (53), который затем стабилизируется депротонированием: Современное объяснение правила Марковникова основано на сравнении энергий промежуточно образующихся а-комплексов (XVI) и (XVII). Как известно, основным фактором, обуславливающим устойчивость карбениевых ионов, является возможность делокализации положительного заряда. Алкильные группы обладают положительным индуктивным эффектом и поэтому могут участвовать в делокализации плюс-заряда, причем по мере накопления алкильных групп такая возможность увеличивается. Отсюда ясно, что устойчивость вторичного карбокатиона (XVI) больше, чем устойчивость первичного карбокатиона (XVII). Полагают, что энергия активации образования а-комплекса пропорциональна энергии образующихся ионов карбения и, следовательно, образование комплекса (XVI) произойдет легче (с меньшей затратой энергии), чем образование комплекса (XVII). ; Энтальпия изомеризации вторичного карбокатиона СН3СНСН2СН3 в третичный (СН3)3С+-катион, согласно очень точным калори-г метрическим измерениям в суперкислотах SO2FC1 — SbF5, состав-ет —14,5 ккал/моль. Аналогично из всех изомерных пентанолов суперкислотах получается «jpem-пентилкатион, а из гетссано-ta*B — дарет-гексижатион. Третичный 1-метилциклопентилкатион Так, например, при нагревании З-метилбутанола-2, насыщенного газообразным бромистым водородом, в качестве единственного продукта реакции образуется 2-бром-2-метилбутан вместо 2-бром-З-метилбутана — «нормального» продукта замещения гидроксила на галоген. Ниже приведена предполагаемая последовательность превращений, включающая изомеризацию вторичного карбокатиона в более стабильный третичный карбокатион за счет 1,2-гидридного сдвига: Предполагаемая авторами схема реакции включает в себя координацию SbF5 (или перфторбензильного катиона) по атому кислорода карбонильной группы, изомеризацию первоначально генерируемого вторичного иона карбе-ния в первичный в результате миграции атома фтора с последующей фиксацией карбокатионного центра нуклеофильным фрагментом молекулы атомом кислорода. Движущей силой изомеризации, очевидно, является переход от вторичного карбокатиона, на который оказывают дестабилизирующее влияние две электроноакцепторные фторалкильные группы, к более стабильному первичному иону карбения за счет взаимодействия вакантной р-орбитали атома углерода с неподеленными электронными парами геминальных атомов фтора. и другие компоненты жизнеобеспечения живой клетки) и вещества вторичного метаболизма, образующиеся часто на базе веществ первичного биосинтеза, которые, как правило, не являются необходимыми для основных биохимических процессов (алкалоиды, терпеноиды и др.). Вещества вторичного метаболизма, в свою очередь, классифицируют в соответствии с ключевыми соединениями их биосинтеза: шикиматный путь биосинтеза (шикимо-вая кислота), мевалоновый путь биосинтеза (мевалоновая кислота), полике-тидный путь биосинтеза (поликетиды). В связи с этим, здесь же следует обсудить такой вопрос, как целесообразность биосинтеза тех или иных веществ в живой клетке. Если в отношении продуктов первичного биосинтеза, в основном, все понятно: функции белков, нуклеиновых кислот, углеводов и жиров достаточно ясны и многообразны — то относительно наших знаний о роли продуктов вторичного метаболизма в жизнедеятельности организмов, их продуцирующих, этого сказать нельзя. Бытует даже такое мнение, что эти вещества — отбросы жизнедеятельности живых клеток. Безусловно, такие вещества-отбросы есть, но их не так много, как это представляется в настоящее время, а по мере углубления наших знаний о химии и биохимии природных субстанций это представление все больше обедняется фактическим материалом. И в настоящее время можно смело сказать, что вещества вторичного метаболизма являются средствами общения и взаимоотношения между организмами. Они выполняют функции сигнализации, защиты, орудия атаки, привлечения и т.д. В настоящее время общепринятой (и мы также будем придерживаться ее) является классификация природных соединений на две основные группы: вещества первичного биосинтеза и вещества вторичного метаболизма. Внутри первой группы вещества делятся на классы в соответствии с их химическим строением (по основным функциональным группам) и отчасти с их биологической функцией. Внутри второй группы вещества классифицируются также в соответствии с их принципиальной химической природой и путями биосинтеза. Внутри каждого класса, с учетом особенностей отдельных соединений, указывается их принадлежность к природным источникам и общность по деталям химического строения. Биологическая активность природных соединений рассматривается уже не как классификационный признак, а как свойства этих веществ. Т.е. мы видим, что основные классификационные признаки природных соединений — это путь биосинтеза и химическая структура. В последнее время, с целью увеличения количества активных веществ в том или ином природном источнике, в растениях чаще всего, используется метод серендипитности, суть которого сводится к тому, что растение, подвергшееся определенным экстремальным внешним воздействиям (засуха, обводнение, облучение и т.д.) интенсифицирует синтез соединений, защищающих его от этих внешних воздействий. Этот последний прием, кроме того, позволяет пролить свет на роль некоторых природных соединений, продуктов вторичного метаболизма главным образом, в жизнедеятельности исследуемого организма. Обычно термин терпены применяется для обозначения соединений, содержащих целое число изо-С5-фраг-ментов независимо от того, содержатся ли в их молекулах другие элементы, чаще всего кислород. Терпеноиды — это соединения с различным числом углеродных атомов, но структурными их предшественниками являются правильные терпены, т.е. они образованы реакциями вторичного метаболизма терпенов. Иногда терпенами называют только углеводороды соответствующего состава и структуры, а терпеноида-ми — любые их производные и метаболиты. Но эти два понятия, как и сами классы соединений, так тесно взаимосвязаны между собой, что принципиального различия в терминологии можно и не делать. В общем, это терпены и терпеноиды. В ходе изучения химического состава природных объектов всегда находились субстанции, которые как бы выпадали из основной классификации природных соединений, а именно — они не относились к веществам первичного биосинтеза, и трудно было найти нишу среди веществ вторичного метаболизма, они были немногочисленны, особенно на первых порах. Но со временем, в связи с усовершенствованием методов выделения и идентификации (к примеру, из 12,5 кг сырья растения Artemisia capillaris было выделено 1,7 мг вещества, структура которого была однозначно установлена — капилларидин Н, схема 12.1), Следует чаще публиковать обзоры, посвященные практическому использованию быстро растущей информации о продуктах вторичного метаболизма. Поддается ли, например, контролю количество и многообразие продуцируемых вторичных метаболитов или каковы пределы эффективного полусинтетического получения новых веществ путем микробных трансформаций, уже давно успешно применяющихся, например, для модификации стероидов? В общем случае относительная важность поликетидов для различных типов организмов отчасти отражает относительную важность соответствующих видов ацил-КоА в их общем метаболизме. Например, распространенность различных ароматических поликетидов в высших растениях является следствием важности биосинтеза ароматических кислот как звена, соединяющего процессы-фотосинтеза и лигнификации; наличие в грибах ацетатных поликетидов отражает важность ацетил-КоА как регулятора их метаболической реакции на изменения окружающей среды; преобладание «пропионатных» поликетидов в актиномицетах, вероятно, связано с аналогичными специфическими процессами в их еще мало изученном промежуточном метаболизме. Синтез поликетидов часто отражает степень использования организмом вторичного метаболизма как одного из механизмов регуляции его отношений со сре-Дой. В то же время под влиянием естественного отбора эти вторич- Поразительно, какое большое число чисто гипотетических путей биосинтеза алкалоидов впоследствии, при экспериментальной проверке оказались правильными. Так же поразительно, что все многообразие продуктов вторичного метаболизма (частью которого является биосинтез алкалоидов) достигается с помощью простых, почти шаблонных реакций, чего нельзя сказать о реакциях образования продуктов первичного метаболизма. Поэтому реакции вторичного метаболизма легко могут быть интерпретированы с помощью обычных представлений органической химии. Именно это обстоятельство способствовало тому, что большинство гипотез о биосинтезе алкалоидов подтвердилось. Оно же, очевидно, является причиной успешного моделирования путей биогенеза алкалоидов при их химическом синтезе. Включение метки из [1-14С] ацетата в чередующиеся атомы С-2', С-2, С-4 и С-6 кониина указывает на его происхождение иа Gs-поликетида или его эквивалента [57]. В таком случае вероятным промежуточным соединением является 5-оксооктановая кислота (60); действительно, эксперименты с мечеными соединениями показали, что кислота (60) и соответствующий альдегид (61) участвуют в биосинтезе кониина [58]. В ходе этих исследований неожиданно выяснилось, что предшественником кониина является также октановая кислота (59). Отсюда следует, что кониин образуется путем окисления жирной Cs-кислоты (октановой), а не путем восстановления Cs-поликетида. Если эти выводы верны, то кониин представляет собой уникальное явление в сфере вторичного метаболизма, поскольку до сих пор не известно ни одного другого метаболита (за исключением полиацетиленов), который синтезировался бы по ацетатному пути из жирной кислоты.  Взаимодействия альдегида Взаимодействия функциональных Выделение триметиламина Взаимодействия образуется Взаимодействия полимеров Взаимодействия реагентов Взаимодействия вследствие Взаимодействием формальдегида Взаимодействием натриевой |
- |
Навигация