 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
129
контролировать все данные факторы. С
10
Н
14
– уникальная молекула, представляющая собой
фрагмент структуры алмаза, содержащей 10 углеродных атомов. Впервые адамантан удалось
получить путем очень трудоемкого многостадийного синтеза с выходом только 2,4%. Благодаря
последним экспериментальным исследованиям адамантан синтезируется в одну стадию и с
выходом 75%.
Широкое распространение получила реакция циклоприсоединения с образованием
пятичленных циклов, применяющихся для синтеза самых различных соединений – от новых
электропроводящих материалов до лекарственных препаратов, например, антибиотиков и
противоопухолевых средств. Так, замыкание цикла на радиевом катализаторе является ключевой
стадией в синтезе тиенамицина, в котором пятичленный цикл содержит атом азота. Конечный
продукт оказался эффективным, подобным пенициллину, средством против инфекционных
болезней.
Фотохимический синтез основан на действии излучения. После поглощения энергии молекула
переходит в возбужденное энергетическое состояние. Химические свойства молекулы
существенно зависят от свойств поглощенного света, при котором например, константа
диссоциации кислот изменяет на 5–10%, окислительные и восстановительные процессы
активизируются и даже химически инертные вещества могут стать реакционноспособными.
В результате фотохимического синтеза получены многие биологически активные соединения,
например, алкалоид атизин, несколько антибиотиков, провитамин D и др. Активность
фотохимического синтеза в значительной степени зависит от длины волны возбуждающего света
и температуры. Так, при уменьшении длины волны всего лишь на 1% – с 302,5 до 300,0 нм –
выход провитамина Д
з
увеличивается вдвое, а при снижении температуры синтеза до 21°С –
вчетверо.
Биосинтез
Среди природных веществ есть регуляторы роста растений и насекомых, органические
соединения, используемые насекомыми в качестве средств коммуникации, пестициды,
антибиотики, витамины и многие целебные вещества. Природное соединение сначала необходимо
обнаружить, затем выделить его химическим путем, потом определить его структуру и свойства и,
наконец, произвести заданный синтез.
Часто химики стремятся получить только одну нужную форму из двух, являющихся
зеркальным отражением друг друга. Каждый атом углерода, с которым связаны различные группы
атомов, порождает пару симметричных зеркальных структур и называется хиральным атомом или
хиральным центром. Характерный пример выделения только одной зеркальной формы – синтез
антибиотиков. В природе встречается около 50 соединений подобного типа, среди них самое
известное – монензин, продуцируемый штаммом бактерий. Антибиотики такого типа (монензин,
лазалоцид, салиномицин) широко применяются для борьбы с инфекционными заболеваниями в
бройлерном производстве. В США ежегодно продают примерно на 50 млн. долл. монензина.
Монензин включает 26 атомов углерода, 17 хиральных центров, что означает возможность
существования 2
17
различных стереоизомеров. Поэтому для осуществления синтеза монензина
необходимы высокостереоселективные реакции. Производство монензина и его структурных
аналогов – крупное достижение современного биосинтеза.
Важным средством экспериментального изучения биосинтеза стало применение изотопных
меток для обычных элементов, таких как изотопы углерода
13
С и
14
С, водорода ²Н и
З
H, азота
15
N и
кислорода
17
О. Природный изотоп в определенном положении молекулы реагента замещают на
изотопную метку, и после реакции определяют место расположения данной метки в молекуле
продукта реакции. Для чего применяется метод спектроскопии ядерного магнитного резонанса.
Такой метод позволил определить схему биосинтеза сильных ядов, вырабатываемых грибами,
которые поражают зерно и другие продовольственные товары.
При исследовании строения биополимеров – гигантских молекул белков и нуклеиновых кислот,
синтезируемых живыми организмами, возникают те же проблемы, что и при изучении природных
соединений с меньшей молекулярной массой. Белки выполняют различные биологические
функции: участие в пищеварении, транспорт кислорода в крови, сокращение мышечных волокон,
защита от вирусов и бактерий с помощью антител и т. п. Сложная пространственная форма белков
во многом определяет их биологические функции. Так, молекула коллагена – белка, придающего