Кислотно-основные свойства гетероциклов
Пиррол по своим химическим свойствам является слабой кислотой. Кислотные свойства проявляются при взаимодействии пиррола со щелочными металлами:
 |
2 + 2K 2 + H2
Производные пиррола – биологически важные природные соединения. К ним относятся красящие вещества животного и растительного происхождения.
Порфирин крови – гем.
Порфирин растений – хлорофилл.
Порфирин желчи – билирубин.
В основе всех порфиринов – порфин – тетрациклическая система, состоящая из четырех пирольных ядер, связанных между собой CH-группами. В геме крови эти ядра внутри цикла связываются атомом железа. В хлорофилле – атомом магния.
Из шестичленных ароматических гетероциклов с одним гетероатомом важное значение имеет пиридин – бесцветное вещество с неприятным запахом и температурой кипения 1150С:
Пиридин имеет общее π-электронное облако из шести электронов, однако его ароматические свойства выражены слабее, чем у бензола, что объясняется меньшей электронной плотностью на атоме углерода в кольце, из-за влияния электроотрицательного атома азота.
Неподеленная электронная пара азота в пиридине, в отличие от пиррола, не участвует в образовании единой π-электронной системы, поэтому пиридин проявляет хорошо выраженные основные свойства, образует соли при взаимодействии с кислотами (согласно современной теории кислот и оснований, основания – соединения, присоединяющие протон, а кислоты – отщепляющие протон).
 |
+ H Cl
 |
Проявляя основные свойства, пиридин и его гомологи известны под названием пиридиновые основания.
Из азотистых ароматических гетероциклов с двумя гетероатомами рассмотрим имидазол
|
В его молекуле имеются атомы азота двух типов: пирольный (N-H) и пиридиновый. Благодаря этому он проявляет амфотерные свойства (и кислотные, и основные).
Из шестичленных азотистых ароматических гетероциклов с двумя гетероатомами, которые носят общее название диазинов и различаются взаимным расположением атомов азота, наибольшее значение имеет пиримидин.
 |
Он также содержит сопряженную ароматическую π-систему, но наличие двух атомов азота в молекуле пиримидина еще больше, по сравнению с пиридином, уменьшают электронную плотность на атомах углерода, что приводит к меньшей основности диазинов. Они являются очень слабыми основаниями.
Если в гетероцикле два атома азота – вторичный (NH) и третичный (N), то нумерацию начинают с вторичного. Пиримидин – кристаллическое вещество с температурой плавления 20-220С. Производные пиримидина входят в состав нуклеиновых кислот. Они представляют собой гидрокси- и аминопроизводные пиримидина.
2,4-дигидрокси пиримидин (урацил – У)
5-метил 2,4-дигидроксипиримидин (5-метилурацил) – Тимин (Т)
2-гидрокси 4-аминопиримидин (цитозин – Ц)
Для пиримидиновых оснований, содержащих ОН группу характерна кето-енольная таутомерия.
енольная форма кето форма
В состав нуклеиновых кислот пиримидиновые основания входят в кетоформах.
Из бициклических азотистых ароматических гетероциклов важным является пурин:
 |
Из производных пурина – аденин – А (6-аминопурин):
и гуанин – Г (2-амино 6-гидроксипурин)
Их называют пуриновыми основаниями.
Аденин – кристаллическое вещество, плавится с разложением при температуре 3600С, нерастворим в воде.
В свободном виде содержится в животных и растениях.
Гуанин – твердое вещество, нерастворим в воде, растворим в кислотах и щелочах.
Строение мононуклеотидов
Как было сказано, структурными единицами нуклеиновых кислот, их мономерами являются нуклеотиды, состоящие из одного из перечисленных выше гетероциклических азотистых оснований, углевода и фосфорной кислоты.
Углевод занимает среднее положение в этой триаде.
Часть мононуклеотидов, содержащих только азотистое основание и углевод называется нуклеозидом. При этом углевод и азотистое основание связано N-гликозидной связью.
Углевод входит в состав нуклеотида в β-форме.
 |
Атом углерода в рибозе обозначают 1’, 2’, 3’…
Нуклеотиды - это фосфорилированные нуклеозиды. Они являютсяя мономерами нуклеиновых кислот.
уридинмонофосфат (УМФ)
АМФ, АДФ, АТФ.
Мононуклеотид может быть дальше фосфорилирован фосфорной кислотой, в результате будут образовываться ди-, трифосфаты.
Нуклеотиды ДНК и РНК отличаются по составу. При полном гидролизе нуклеиновых кислот в гидролизате мы получаем:
| ДНК | РНК |
| Н3РО4 | Н3РО4 |
| дезоксирибоза С5Н10О4 | рибоза С5Н10О5 |
| аденин | аденин |
| гуанин | гуанин |
| тимин | урацил |
| цитозин | цитозин |
Как видно из формулы ди-, тринуклеотидов в их молекулы входят «макроэргические связи» (в них аккумулируется энергия, выделяющаяся при окислении веществ в метаболических процессах). По мере необходимости для организма эти связи расщепляются, и выделяется энергия, расходующаяся на анаболические процессы, т.е. на биосинтез, совершение механической работы и т.д.