 |
Пероксидное окисление липидов
|
|
|
|
Тема: Основные закономерности протекания органических реакций
Реакционная способность – способность вещества вступать в ту или иную химическую реакцию и реагировать с большей или меньшей скоростью.
Реакционный центр – атом или группа атомов в молекуле, непосредственно участвующих в химической реакции.
Субстрат – вещество, подвергающееся изменениям в результате химической реакции.
Реагент – его партнер.
субстрат реагент продукт реакции субстрат реагент продукт реакции
реакционный центр основный, реагент кислотный реакционный центр кислотный, реагент основный
В биохимии:
Типы реагентов:
Основание – отрывает протон от кислотного центра (НО-, СН3О-).
Нуклеофил – имеет повышенную электронную плотность, взаимодействует с любым атомом, кроме водорода, несущим частичный или полный положительный заряд (заряжен отрицательно или имеет неподеленную пару электронов или π–связь) (Cl-, OH-, NH3, CH3O-, R-).
Электрофил – имеет недостаток электронов, взаимодействует с реакционным центром с повышенной электронной плотностью (заряжен положительно, или имеет атом с частичным положительным зарядом или имеет вакантную орбиталь) (H+, Cl+, H2CO, AlCl3, R+).
Свободный радикал – частица, имеющая неспаренный электрон (H۰, HO۰,۰O-O۰, R۰).
Окислитель – отбирает электроны или атомы водорода от органического субстрата (O2, Fe3+, органические окислители).
Восстановитель – отдает электроны или атомы водорода субстрату (Fe2+, органические восстановители).
Классификация органических реакций:
1. По типу разрыва связи:
- гомолитические
- гетеролитические
|
|
|
2. По типу реагента
- радикальные (R) - электрофильные (E) - нуклеофильные (N) - окислительные - восстановительные
3. По конечному результату
- замещения (S) - присоединения (A) - отщепления или элиминирования (Е) - изомеризации - циклизации
4. По числу частиц, участвующих в стадии, определяющей скорость реакции
- мономолекулярные (диссоциативные)
- бимолекулярные (ассоциативные)
Механизм реакции – детальное описание всех ее стадий:
1. Элементарные стадии
2. Способ разрыва и образования связи на каждой стадии
3. Стереохимия процесса – пространственное строение исходных продуктов, переходных состояний, промежуточно образующихся частиц и продуктов реакции
4. Кинетика процесса
Факторы, определяющие реакционную способность
Органического вещества
Пространственный фактор – пространственная доступность реакционного центра молекулы.
Электронный фактор – распределение электронной плотности в молекуле (электроотрицательность атомов, входящих в молекулу, электронные эффекты заместителей, наличие сопряженных и ароматических фрагментов).
Статический фактор –
Динамический фактор –
Тема: Механизмы органических реакций
Свободно-радикальные процессы
Пути образования свободных радикалов:
1. Фотохимический 2. Термический 3. Химический
Механизм галогенирования алканов. Реакции SR.
Региоселективность реакций радикального замещения
Статический фактор - энергия разрыва связи (кДж/моль):
Динамический фактор - устойчивость свободного радикала:
Региоселективность галогенирования
| Галоген | Т, 0С | Реакционная способность С-Н-связей первичная: вторичная: третичная |
| Cl2 | hν | 1: 3.8: 5 1: 4.3: 7 1: 3.4: 4 |
| Br2 | 1: 82: 1600 |
Электрофильные реакции.
π-доноры:
Реакции электрофильного присоединения( AE )
|
|
|
1. Галогенирование алкенов:
2. Гидрогалогенирование алкенов:
3. Гидратация алкенов (АЕ):
Региоселективность реакций АЕ
Н3С-С=СН2 + HCl ® H3C-CH(Cl)-CH3 F3С-С=СН2 + HCl ® F3C-CH2-CH2Cl
Исключения из правила В.В Марковникова:
а) К несимметричным алкенам, имеющим в сопряжении электроноакцепторный заместитель, водород присоединяется к наименее гидрированному атому углерода.
б) В присутствии перекисей, инициирующих радикальную реакцию (АR), водород присоединяется к наименее гидрированному атому углерода.
4. Алкилирование алкенов карбокатионами:
(АЕ)-реакции в сопряженных системах
Механизм SЕ-реакций в ароматическом кольце
электрофил продукт
субстрат π-комплекс σ-комплекс замещения
Резонансные структуры σ–комплекса:
Примеры реакций электрофильного замещения:
Галогенирование: Роль катализатора – формирование электрофильной частицы:
Нитрование:
Сульфирование:
Алкилирование по Фриделю-Крафтсу:
Ацилирование по Фриделю-Крафтсу:
Алкилирование ароматических соединений карбкатионами в биохимических реакциях:
Региоселективность реакций электрофильного замещения:
орто мета пара
X – донор X – акцептор X - донор
Тема: Реакции нуклеофильного замещения у sp3-гибридного атома углерода
Классы органических соединений, содержащих связь С-Х (углерод-гетероатом)
1. С-Hal (в организме – иодсодержащие гормоны щитовидной железы)
2. С-O (спирты, фенолы, простые эфиры, пероксиды, гидропероксиды)
3. C-S (тиолы, сульфиды, дисульфиды)
4. C-N (амины, четвертичные аммониевые основания)
Общее – полярная связь углерод-гетероатом:
Нуклеофильность – способность взаимодействовать с атомом (кроме водорода), несущем целый или частичный положительный заряд.
Общая схема: 
нуклеофил субстрат продукт уходящая
реакции группа
| Реакция SN2 | Реакция SN1 | |||
| Синхронный одностадийный | Асинхронный двухстадийный | |||
переходное состояние
| 
| |||
|
Факторы, влияющие на скорость реакции:
| Реакция SN2 | Реакция SN1 |
Структура субстрата
|
|
|
| Первичный алкил > вторичный алкил > третичный алкил CH3-Cl > CH3CH2-Cl > (CH3)2CH-Cl > (CH3)3C-Cl | Бензильный, алильный > > третичный > вторичный > первичный
а) увеличиваются пространственные препятствия для подхода нуклеофила
с тыла;
б) увеличение числа электронодонорных заместителей уменьшает заряд δ+
на реакционном центре.
Возможны побочные процессы, связанные с перегруппировкой карбокатиона
|
Нуклеофильная сила
| Уменьшение нуклеофильности ‾CH3 > ‾NH2 > ‾OH > F‾ F‾ < Cl‾ < Br‾ < J‾ Заряженные частицы сильнее нейтральных: НО- > Н2О CH3O- > CH3OH Донорные заместители увеличивают нуклеофильность: CH3O‾ > HO‾ > C6H5O‾ > CH3–COO‾ | Не играет важной роли |
| Реакция SN2 | Реакция SN1 |
3. Уходящая группа - должна быть хорошей
J‾ > Br‾ > Cl‾ > F‾ CH3–SO3‾ < CH3–C6H4–SO3‾
Плохие уходящие группы: HO‾, H‾, RO‾, NH2‾….. 
|
Стереохимия реакции
  Происходит обращение конфигурации или инверсия:
| Происходит рацемизации продукта:
|
|
|
|
