Конденсированные системы. Пурин и его производные
Пурин представляет собой конденсированную гетероциклическую систему, состоящую из пиримидина и имидазола, для которой возможны таутомерные формы. Необычная нумерация атомов в пурине является исторически сложившейся и общеупотребительной:
У незамещенного пурина в кристаллическом состоянии протон находится в положении 7, а у производных преобладает 9Н-таутомер. В растворе незамещенного пурина соотношение 7Н - и 9Н – таутомеров примерно одинаково.
Пурин содержит сопряженную 10p-электронную систему, в формировании которой участвуют 8p-электронов и одна неподеленная пара электронов гетероатома азота имидазольного фрагмента. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о плоском строении пурина, для которого характерна достаточно высокая энергия делокализации примерно в 243,6 кДж/моль.
Пурин ароматичен, проявляет высокую устойчивость к действию окислителей и характеризуется амфотерными свойствами.
Пиримидиновый фрагмент в пурине в целом электронодефицитен, а имидазольный – электроноизбыточен.
В связи с тем, что p-электронные облака обоих фрагментов совместно формируют единую 10p-электронную систему, подлинная электронная плотность в пределах пиримидинового и имидазольного циклов может изменяться за счет «перекачивания» электронов из одного цикла в другой. Так, электронодонорные заместители в пиримидиновом фрагменте будут способствовать восстановлению электронной плотности в имидазольном фрагменте. Электроноакцепторные заместители в пиримидиновом цикле, наоборот, будут способствовать еще большему понижению электронной плотности в имидазольном цикле.
Другим важным свойством пуринов является их высокая p-донорная активность, которая играет важную роль в образовании различных биологически активных соединений, а также комплексных соединений с d- и f- элементами.
В реакциях электрофильного замещения только положение С-8 реально подвергается электрофильной атаке, лишь в тех случаях, когда в имидазольном фрагменте присутствуют электрофильные заместители, способные компенсировать электроноакцепторный эффект пиримидинового цикла. Например, 7 и 9-диметилпроизводные легко галогенируются по положению С-8.
При метилировании образуются 9-N-метилпроизвоные. Гидроксипроизводные пурина существуют в двух таутомерных формах – лактимной и лактамной, которые представляют собой ОН- и NH- кислоты соответственно:
К важнейшим производным пурина относятся:
Ксантин – является структурной основой природных N-метилированных производных - теофиллина, теобромина и кофеина, относящихся к алкалоидам (см. раздел 26).
Мочевая кислота. Более стабильной является лактамная триоксоформа:
Мочевая кислота является конечным продуктом обмена производных пурина и выделяется с мочой человека (до 1г в сутки) и высших животных. Особенно много мочевой кислоты в высохших экскрементах птиц (до 25%), которые служат источником ее получения.
Обладает кислотными свойствами и образует два типа солей - кислые и основные. Мононатриевая соль, как и другие кислые соли щелочных металлов и мочевой кислоты плохо растворимы и являются составной частью камней мочевого пузыря. Исключение составляет литиевая соль, поэтому при подагре больному назначают карбонат лития с целью эффективного выведения мочевой кислоты из организма.
В гидроксиформе мочевая кислота реагирует с POCl3 c образованием 2,6,8 – трихлорпурина, который в промышленности используется для получения его производных.
Нуклеозиды и нуклеотиды
При гидролизе нуклеиновых кислот образуются гетероциклические основания – урацил, тимин, цитозин, аденин и гуанин, а также пентозы – рибоза (дезоксирибоза) и фосфорная кислота.
Исследование продуктов неполного гидролиза нуклеиновых кислот позволило идентифицировать фрагменты, представляющие собой N-рибозиды или N-дезоксирибозиды перечисленных выше производных пиримидина и пурина. Таким образом, урацил, тимин, цитозин, аденин и гуанин в нуклеиновых кислотах представлены в виде N-гликозидов. Такие N-гликозиды, в которых агликонами являются азотистые основания, а углеводные компоненты представлены рибозой или 2-дезоксирибозой, называются нуклеозидами.
Нуклеозиды, входящие в состав рибонуклеиновой кислоты (РНК), являются N-рибозидами, а в состав дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – N-дезоксирибозидами.
Строение нуклеозидов, выделенных из РНК, можно представить следующими структурами:
Дезоксирибонуклеозиды отличаются от представленных выше рибонуклеозидов, тем, что содержат остаток дезоксирибозы, связанной с одним из четырех оснований – аденином, гуанином, цитозином и тимином, что можно представить общей формулой:
Следует помнить, что в природных нуклеозидах N-гликозидная связь имеет b-конфигурацию.
Для нуклеозидов наиболее часто используют названия, которые формируются от названия основания с добавлением суффикса –идин для пиримидиновых и озин- для пуриновых. В тех случаях, когда нуклеозид образован дезоксирибозой, к названию основания вначале добавляется дезокси: дезоксиаденозин, дезоксицитидин, дезоксигуанозин. Исключение здесь составляет – дезоксирибозид тимина, который принято называть тимидином (а не дезокситимидином).
Нуклеозиды по положению С-5′ углеводного остатка этерифицированы фосфорной кислотой. В зависимости от количества остатков фосфорной кислоты различают нуклеозид монофосфаты; нуклеозид дифосфаты и нуклеозид три-фосфаты, объединяемые под общим названием нуклеотиды. Нуклеотиды входят в состав нуклеиновых кислот, но многие из них используются как индивидуальные лекарственные препараты, Например, аденозин моно-, ди- и трифосфорная кислоты:
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)
Аденозинтрифосфат
Нуклеотиды могут связываться между собой с помощью фосфорноэфирных связей при участии С-5′ углеродного атома одного нуклеотида и С-3’ второго нуклеотида. Таким путем формируются динуклеотиды, тринуклеотиды и т.д., олигонуклеотиды и, наконец, полинуклеотиды:
