Изучение взаимосвязи между строением и свойствами различных природных и лекарственных соединений показало, что их биологическая активность в значительной степени определяется пространственным размещением атомов и молекул,
входящих в состав этих соединений. Комплементарность лежит в основе процессов гидролиза пищевых продуктов под действием ферментов (структурная соответствие конфигураций фермента и субстрата), и синтеза новых специфических для данного организма биополимеров (матричные синтезы белков и нуклеиновых кислот), защитных (иммунных) реакций организма и др..
Механизмы действия лекарственных средств на организм человека (на соответствующие рецепторы клеточных мембран) также обусловлены пространственным строением этих соединений и соответствующих им рецепторов. Определение пространственного размещения атомов в молекулах органических соединений, обладающих биологической активностью, заключается в последовательности обнаружения их строения, конфигурации и конформации.
Строение биологически активных соединений доказывают на основе элементного анализа (содержание C, H, N, O, S, P и др.). Пространственная конфигурация молекул биологически активных веществ определяется гибридизацией электронных орбиталей атомов, участвующих в образовании химических связей.
В органических соединениях атом углерода может находиться в трех валентных состояниях, им соответствуют sp3-, sp2-, sp-гибриды-зации. Во всех случаях тип связи одинаков - ковалентная неполярная или малополярны. Течение любой химической реакции сопровождается разрывом старых и установлением ноих связей. Направление реакции определяется величиной изменения свободной энергии Гиббса (AG). Скорость процесса определяется скоростью самой медленной лимитирующей стадии. Поскольку разрыв ковалентной связи требует значительной затраты энергии, то часто первая стадия является медленной, в связи с чем скорость органических реакций намного меньше, чем скорость ионных реакций, поэтому можно изучать их ход во времени. Механизм, описывает этот ход, - является гипотезой о том, какая стадия происходит по которой, и может изменяться с изменением наших представлений об этом процессе.
Природа химической связи предполагает и механизм взаимного влияния атомов, которые непосредственно не связаны друг с другом. Электронные облака могут смещаться в молекуле так, чтобы электроны «обслуживали» не только пару атомов, образующих связь, а также другие атомы. Нужно учитывать, что электронные облака не имеют границ и, соответственно, могут перекрываться и влиять друг на друга сквозь пространство (эффект поля).
Значительной степени взаимодействие сквозь пространство происходит в том случае, если атомы достаточно сближены, потому взаимодействие ослабляется пропорционально квадрату расстояния.
Способность молекулы к тем или инших типов преобразований определяется прежде распределением и подвижностью электронов, зависит от следующих факторов:
1. Постоянная поляризация связей.
2. Поляризуемость связей.
3. Сопряжения.
4. Надсупряження или гиперконьюгация.
Идеальный ковалентная связь может существовать только между однородными атомами или группами атомов. Если атомы характеризуются разной сродством к электрону, то связь между ними всегда будет более-менее полярным. Сродство к электрону зависит от положения элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Она увеличивается в периоде слева направо (I), в группе - снизу вверх (II). Электронное поле, связанное с диполем связи, поляризует все другие связи, которые есть в молекуле. Это явление называется индукцией. Атом, который предопределяет поляризацию, называется ключевым атомом, а его влияние на соседние связи - индукционным эффектом. Для классификации индукционный эффект C-Н-связи у sp - гибридизованого атома углерода условно равна нулю. Заместитель проявляет-I-эффект, если он, соединяясь с атомом углерода, оттягивает к себе электронную плотность.
Индукционный эффект обозначается стрелкой с G-связью, которая соединяет атомы, в сторону атома с большей электроотрицательностью, действие его максимально распространяется на три связи.
Загрузка...