Analiza inhibitorie. „Nomenclatura compușilor organici” (tutorial)

Tabelul 12.1.

Alcani din seria aciclopea C n H 2 n +2 .

Tabelul 12.2.

Numele radicalilor ramificati.

Cursul numărul 1

CONEXIUNI

1. Izomerie structurală.

Cursul numărul 1

CLASIFICAREA SI NOMENCLATURA BIO
CONEXIUNI

1. Clasificare compusi organici.
2. Nomenclatura compușilor organici.
3. Izomerie structurală.

1. Clasificarea compușilor organici.

Compușii organici sunt clasificați după două caracteristici principale: structura
scheletul de carbon și grupele funcționale.

După structura scheletului de carbon, aciclic, carbociclic și
compuși heterociclici.

Compuși aciclici- conțin un lanț deschis de atomi de carbon.

Compuși carbociclici- conțin un lanț închis de carbon
atomi și se împart în aliciclice și aromatice. LA aliciclic include toți compușii carbociclici, cu excepția
aromatice. Aromatic compușii conțin ciclohexatrienă
fragment (nucleu benzen).

Compuși heterociclici — conțin cicluri care conțin, împreună cu atomi de carbon, unul
sau mai mulți heteroatomi.

După natura grupelor funcționale, organice
conexiunile sunt împărțite în clase .

Tabelul 1. Principalele clase de organice
conexiuni.

2. Nomenclatorul organic
conexiuni.

Momentan în Chimie organica general acceptat este nomenclatura sistematica, dezvoltat de Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată
(IUPAC). Împreună cu ea, și
sunt utilizate banalși raţional nomenclatură.

Nomenclatură banală constă
de la nume stabilite istoric care nu reflectă compoziţia şi structura
substante. Sunt aleatorii și reflectă sursă naturală substante
(acid lactic, uree, cofeina), proprietati caracteristice (glicerina, exploziv
acid), metoda de producere (acid piruvic, eter sulfuric), denumire
descoperitor (cetona lui Michler, hidrocarbură Chichibabin), domeniul de aplicare
(vitamina C). Avantajul numelor banale este lor
concizie, astfel încât utilizarea unora dintre ele este permisă de reguli
IUPAC.

Nomenclatură sistematică este științifică și reflectă compoziția, structura chimică și spațială
conexiuni. Numele compusului este exprimat folosind un cuvânt compus, compus
din care părți reflectă anumite elemente structurale ale moleculei de substanță. V
Regulile nomenclaturii IUPAC se bazează pe principii substitutivă
nomenclatură, conform căruia moleculele compuşilor sunt considerate ca
derivaţi ai hidrocarburilor în care atomii de hidrogen sunt înlocuiţi cu alţi atomi sau
grupuri de atomi. Când se construiește un nume în molecula unui compus, se disting următoarele
elemente structurale.

Structura parentală- lanț principal
lanț de carbon sau structură ciclică în carbo- și heterocicluri.

Radical de hidrocarburi- restul
denumirea formulei a unei hidrocarburi cu valențe libere (vezi tabelul
2).

Grupa caracteristică –
grup funcțional asociat sau inclus în structura părinte
compoziție (vezi tabelul 3).

Când compuneți numele, secvenţial
respecta urmatoarele reguli.

1. Determinați cea mai înaltă caracteristică
   grup și indicați denumirea acestuia în sufix (vezi tabelul 3).
2. Determinați structura părinte pentru
   urmatoarele criteriiîn ordinea descrescătoare a vechimii: a) conţine seniorul
   grup caracteristic; b) conţine numărul maxim de caracteristică
   grupuri; c) conține numărul maxim de link-uri multiple; d) are un maxim
   lungime. Structura părinte este indicată la rădăcina numelui în conformitate cu
   lungimea lanțului sau dimensiunea ciclului: C 1 - „întâlnire”, C 2 - „et”, C 3 - „recipient”, C 4 - „dar”, C 5 și mai departe - rădăcinile numerelor grecești.
3. Determinați gradul de saturație și reflectați
   este în sufixul: "an" - nu există legături multiple, "en" - o legătură dublă, "în" -
   triplă legătură.
4. Setați restul substituenților
   (radicali hidrocarburi și grupe caracteristice inferioare) și listă
   numele lor sunt prefixate în ordine alfabetică.
5. Setați prefixele de înmulțire - „di”,
   „Trei”, „tetra”, indicând numărul de elemente structurale identice (când
   lista de substituenți în ordine alfabetică nu sunt luate în considerare).
6. Efectuați numerotarea structurii părinte
   astfel încât grupul caracteristic cel mai înalt are cel mai mic ordinal
   cameră. Lokants (numerele) sunt plasate înaintea numelui structurii părinte, înainte
   prefixe și înainte de sufixe.

Tabelul 2. Denumirile alcanilor și alchilului
radicali adoptați de nomenclatura sistematică IUPAC.

Alcan	Nume	Radical alchil	Nume
CH 4	Metan	CH 3 -	Metil
CH 3 CH 3	etan	CH 3 CH 2 -	Etil
CH 3 CH 2 CH 3	propan	CH 3 CH 2 CH 2 -	A băut
			izopropil
CH 3 CH 2 CH 2 CH 3	n-butan	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -	n-butil
			sec- Butil
	izobutan		izobutil
			terţ-butil
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3	n-Pentan	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -	n-Pentil
	Izopentan		Izopentil
	Neopentan		Neopentil

Tabelul 3. Denumirile caracteristicilor
grupuri(afisate in ordinea descrescatoare a vechimii).

* Atom de carbon
cuprinsă între paranteze face parte din structura părinte.

** Grupări alcoxi și toate
cei care le urmează sunt prefixați alfabetic și fără ordine
vechime in munca.

Rațional (radical-funcțional)
nomenclatură folosit pentru nume de mono simple și
compuși bifuncționali și unele clase de compuși naturali. Baza
titlurile alcătuiesc titlul din această clasă conexiuni sau unul dintre membri
serie omoloagă cu indicarea substituenților. În calitate de locatari, de regulă,
Se folosesc litere grecești.

3. Izomerie structurală.

Izomerii Sunt substanțe care au aceeași compoziție și aceeași moleculară
masa, dar diferite fizice si Proprietăți chimice... Diferențele de proprietăți ale izomerilor
datorită diferenţelor în structura lor chimică sau spaţială.

Sub structura chimicaînțelegeți natura și succesiunea conexiunilor
între atomi dintr-o moleculă. Izomeri ale căror molecule diferă din punct de vedere chimic
structura, numita izomeri structurali.

Izomerii structurali pot diferi:

• de structura scheletului de carbon

• prin poziția mai multor legături și
  grup functional

• după tipul grupelor funcționale

Radicalii liberi sunt specii moleculare, având electroni nepereche pe orbitalii externi și posedă reactivitate chimică ridicată. Studiul lor este realizat prin utilizarea EPR (tehnica de captare prin rotație), chemiluminiscență și inhibitori ai reacțiilor, în care sunt implicați radicali de un anumit tip. Principalii radicali, produși în corpul nostru sunt radicalii oxigenului (radicali superoxid și hidroxil), monoxidul de azot, radicalii acizilor grași nesaturați, semichinone formate în reacții de oxidativ-reducere (de ex. G. Ubiquinol). Sub acțiunea razelor ultraviolete și în cursul metabolismului unor compuși nenaturali (xenobiotice) se formează și diferiți radicali, inclusiv a unor substanțe, utilizate anterior ca medicamente.

Ce sunt radicalii liberi?

Poza 1... Structura electronică a moleculei de metanol

Figura 2.Structura electronică a radicalului metanol

Este bine cunoscut faptul că în moleculele organice (inclusiv cele care alcătuiesc corpul nostru) electronii de pe învelișul exterior al electronilor sunt aranjați în perechi: câte o pereche pe fiecare orbital (Fig. 1)

Radicalii liberi diferă de moleculele obișnuite prin faptul că au un electron nepereche (un singur) pe învelișul exterior al electronilor (Figurile 2 și 3).

Un electron nepereche în radicali este de obicei notat cu un punct. De exemplu, un radical hidroxil este notat ca HO·, un radical peroxid de hidrogen ca HOO·, un radical superoxid ca · OO- sau O2·-. Mai jos sunt formulele pentru cei trei radicali Alcool etilic: CH3CH20 ·; CH3CHOH; CH3CH2O

Asa de:
Un radical liber este o particulă - un atom sau o moleculă care are unul sau mai mulți electroni nepereche pe învelișul exterior.

Acest lucru face ca radicalii să fie activi din punct de vedere chimic, deoarece radicalul caută fie să recupereze electronul lipsă, luându-l din moleculele din jur, fie să scape de electronul „în plus”, dându-l altor molecule.

Molecula de oxigen (dioxigen), care conține doi electroni nepereche pe învelișul exterior, s-a dovedit a fi într-o poziție specială. Astfel, dioxigenul este un biradical și, ca și alți radicali, este foarte reactiv.

Figura 3. Structura electronică a unor molecule și radicali

Este important de subliniat că electronii nepereche trebuie să se afle pe învelișul exterior al atomului sau al moleculei. Conceptul de radical liber nu include ionii de metale cu valență variabilă, în care electronii nepereche sunt localizați pe învelișurile interioare. Deoarece atât radicalii, cât și ionii metalelor precum fierul, cuprul sau manganul (precum și complexele acestor metale) produc semnale de rezonanță paramagnetică electronică (EPR), aceste particule sunt adesea denumite colectiv centre paramagnetice.

Formarea radicalilor din molecule stabile este astfel cauzată de apariția unui nou electron pe orbital liber, de valență, sau invers, prin îndepărtarea unui electron dintr-o pereche de electroni. Aceste procese apar de obicei ca rezultat al reacțiilor de oxidare sau reducere cu un electron. În astfel de reacții, împreună cu molecula din care se formează radiukalul, este implicat de obicei un ion metalic cu valență variabilă, care servește uneori ca donor sau acceptor al unui electron (și nu doi deodată, așa cum este cazul reacțiilor). între două molecule organice sau între o moleculă organică şi oxigen). Exemplu tipic reacția în care se formează un radical este reacția Fenton: interacțiunea peroxidului de hidrogen cu un ion feros:
Fe2 + + H2O2 => Fe3 + + OH- + OH (radical hidroxil)

La temperaturi ridicate sau sub influența radiațiilor ultraviolete se pot forma și radicali ca urmare a ruperii legătură chimică(clivaj omolitic). În condiții normale, astfel de reacții practic nu au loc în celulele vii normale.

Nomenclatura radicalilor

Relativ recent, Comisia pentru Nomenclatura Chimiei Anorganice a formulat regulile de bază pentru nomenclatura radicalilor (vezi (Koppenol, 1990 # 7)) (Tabelul 1).

Tabelul 1. Denumirile unor radicali și molecule conform recomandărilor Comisiei de Nomenclatură Chimie anorganică (1990).

Să ne oprim asupra unora dintre aceste recomandări. În primul rând, nu este nevoie să scrieți „liber” înaintea cuvântului radical. Terminația „silt” indică natura radicală a particulei luate în considerare. Astfel, radicalii RO · și HO · poartă denumirea de „alcoxil” și respectiv „hidroxil”.

Recomandarea de a nu abuza de derivații din „peroxid” și „hidroperoxid” poate fi considerată substanțial nouă. Un grup de doi atomi de oxigen legați împreună se numește „dioxid”. În consecință, radicalul ROO· se recomandă să fie numit „alchildioxil” (Koppenol, 1990 # 7). Numele alternativ „alchilperoxil” poate fi păstrat, dar este mai rău (Koppenol, 1990 # 7). Oxigenul molecular se numește „dioxigen”, iar ozonul se numește „trioxigen”.

Numele cu sfârșitul „silt” este destul de convenabil, dar nimic nu spune despre încărcătura particulei. Prin urmare, în cazurile necesare, se recomandă utilizarea denumirii sistematice a radicalului, unde taxa este dată între paranteze după numele grupului. De exemplu, radicalul O2 · - are denumirea de „dioxid (1-)”. În această lucrare, vom folosi mai mult nume scurt„dioxid”.La scrierea formulelor radicalilor într-un superscript, mai întâi se pune un punct, care indică prezența unui electron nepereche într-un anumit atom și apoi semnul sarcinii ionului. De exemplu „O2 · -”. În formulele structurale, punctul ar trebui să fie chiar atomul în care se află electronul nepereche. De exemplu, pentru a sublinia faptul că dioxigenul are doi electroni nepereche, puteți scrie formula sa astfel „O2”. Tabelul 1 listează denumirile recomandate pentru radicali; numele dintre paranteze drepte sunt cele care vor fi folosite în primul rând în această carte.

Radicalii găsiți în corpul nostru

Radicali primari și molecule reactive

Toți radicalii formați în corpul nostru pot fi împărțiți în naturali și străini. La rândul lor, radicalii naturali pot fi împărțiți în primari, secundari și terțiari (Vladimirov, 1998 # 8). (Vezi diagrama din Fig. 4).

Figura 4. Clasificarea radicalilor liberi generați în corpul nostru

Pot fi numiți radicali primari, a căror formare se realizează cu participarea anumitor sisteme enzimatice. În primul rând, aceștia includ radicali (semichinone) formați în reacțiile unor purtători de electroni precum coenzima Q (să desemnăm radicalul ca Q ·) și flavoproteine. Alți doi radicali - superoxidul (· OO-) și monoxidul de azot (· NO) îndeplinesc, de asemenea, funcții benefice pentru organism, care vor fi discutate mai detaliat în secțiunile corespunzătoare.

Din radicalul primar - superoxid, precum și ca urmare a altor reacții, în organism se formează compuși moleculari foarte activi: peroxid de hidrogen, hipoclorit și hidroperoxizi lipidici (vezi Fig. 5). Astfel de molecule, împreună cu radicalii, au primit denumirea de „specie reactivă” în literatura engleză, care în literatura rusă este cel mai adesea tradusă ca „forme active”. Pentru a face o diferență între radicali și produși moleculari, propunem să îi numim pe aceștia din urmă „molecule reactive”. Astfel, se propune următoarea terminologie:

Forme active = radicali liberi + molecule reactive

Halliwell sugerează termenii forme reactive de oxigen, azot și clor (Halliwell, 1998 # 9). După cum se poate observa din diagrama din fig. 5, speciile reactive de oxigen includ superoxid, radical hidroxil, peroxid de hidrogen și oxigen singlet. Oxidul nitric și rezultatul interacțiunii sale cu superoxidul - peroxinitrit - se propune a fi numite forme active de azot. Forma activă a clorului poate fi numită hipoclorit, format în reacția peroxidului de hidrogen cu un ion de clorură, care este catalizat de enzima mieloperoxidază.

Figura 5. Specii reactive de oxigen, azot și clor

În terminologia actuală, este necesar să se găsească un loc pentru radicalii și hidroperoxizii polinesaturați acizi grași care se formează într-o reacție de oxidare a lanțului lipidic foarte important. Din punct de vedere chimic, acesta este un grup eterogen. Când un atom de hidrogen este îndepărtat dintr-o moleculă de acid gras polinesaturat, se formează un radical alchil, în care un electron nepereche este localizat la un atom de carbon. Este ca o „formă activă de carbon”. Dar odată cu interacțiunea ulterioară a radicalului alchil cu dioxigenul (oxigenul molecular), se formează un dioxid radical odată cu localizarea electronului nepereche pe atomul de oxigen. În structură și parțial în proprietăți, un astfel de radical seamănă cu un superoxid și poate fi atribuit speciilor reactive de oxigen, ceea ce fac unii autori. Hidroperoxizii acizilor grași nesaturați formați în timpul peroxidării lipidelor pot fi atribuiți și acestei categorii de forme active, prin analogie cu peroxidul de hidrogen. În aceeași categorie intră și radicalii alcoxil ai lipidelor, formați în timpul reducerii cu un electron a hidroperoxizilor, de exemplu, cu ioni Fe2 +; de fapt, aceștia sunt omologi ai radicalului hidroxil.

În ciuda a tot ceea ce s-a spus, ne propunem să combinăm toate produsele (și reactivii) enumerate de oxidare a lanțului lipidic cu un singur termen: forme active de lipide. Pentru un biolog și un medic, este și mai important nu care anume atom are un electron nepereche, ci care moleculă devine astfel agresivă chimic, adică dobândește caracteristicile unui radical liber sau precursorului său reactiv. Deci, ne referim la formele active ale lipidelor ca radicali alchil, alcoxil și dioxid. precum și hidroperoxizii acizilor grași polinesaturați și lanțurile corespunzătoare de fosfolipide, trigliceride sau colesterol (vezi Fig. 5).

Radicali secundari și terțiari

Molecule reactive: peroxid de hidrogen, hidroperoxizi lipidici, peroxinitrit, se formează în reacții, unul dintre participanți în care, în cele mai multe cazuri, este un radical, și uneori dioxigen, care, totuși, are și electroni nepereche pe învelișul exterior al electronilor. La rândul lor, aceste molecule, și împreună cu ele - hipoclorit, formează de bunăvoie radicali în prezența ionilor metalici cu valență variabilă, în primul rând - ioni de fier bivalent. Vom numi astfel de radicali secundari; aceasta include radicalul hidroxil și radicalii lipidici. Radicalii secundari, spre deosebire de cei primari, se formează în reacții neenzimatice și, din câte se știe în prezent, nu îndeplinesc funcții utile din punct de vedere fiziologic. Dimpotrivă, au un efect distructiv asupra structurilor celulare și pot fi numiți pe bună dreptate radicali dăunători. Formarea radicalilor secundari (și nu a radicalilor în general) este cea care duce la dezvoltarea stărilor patologice și stă la baza carcinogenezei, aterosclerozei, inflamației cronice și bolilor degenerative nervoase (a se vedea recenziile (Cross, 1987 # 4) (Cross, 1994 # 5). ) (Darley-Usmar, 1995 # 10) (Darley-Usmar, 1996 # 11)). Cu toate acestea, moleculele reactive au și un efect citotoxic și nu numai datorită formării de radicali liberi din acestea, ci și direct, așa cum s-a dovedit pentru peroxinitrit și hipoclorit, iar în unele situații - pentru peroxid de hidrogen.

Pentru a proteja împotriva efectelor dăunătoare ale radicalilor secundari, organismul folosește un grup mare de substanțe numite antioxidanți, care includ capcane sau captatori de radicali liberi. Exemple ale acestora din urmă sunt alfa-tocoferol, tiroxina, ubichinonă redusă (QH2) și hormonii steroizi feminini. Reacționând cu radicalii lipidici, aceste substanțe se transformă în sine în radicali antioxidanti, care pot fi considerați radicali terțiari (vezi Fig. 3).

Alături de acești radicali, care se formează în mod constant într-un fel sau altul în celulele și țesuturile corpului nostru, radicali care apar sub influențe precum radiațiile ionizante, radiațiile ultraviolete sau chiar iluminarea cu lumină vizibilă intensă, de exemplu, lumina laser, poate avea un efect distructiv. Astfel de radicali pot fi numiți străini. Acestea includ și radicalii formați din compuși străini care au pătruns în organism, xenobiotice, dintre care multe au un efect toxic tocmai datorită radicalilor liberi formați în timpul metabolismului acestor compuși (Fig. 3).

Cum se studiază radicalii liberi și reacțiile la care participă?

Metode de bază de studiere a reacțiilor care implică radicali

Participarea radicalilor liberi la un anumit proces, fie că este vorba de o reacție chimică într-o eprubetă sau de dezvoltarea unei stări patologice în organism, poate fi apreciată folosind metode directe și indirecte (pp. 19-32). Metoda „cea mai directă” pentru studierea radicalilor liberi este metoda rezonanței paramagnetice electronice (EPR). Prin prezența, amplitudinea și forma semnalelor EPR (spectre), se poate aprecia existența electronilor nepereche în probă, se poate determina concentrația acestora și, uneori, se poate afla ce structura chimica radicalii pe care ii contin acesti electroni neperechi. Metoda chemiluminiscenței (CL) poate fi, de asemenea, atribuită metodelor directe de studiere a radicalilor. Când radicalii interacționează între ei, se eliberează multă energie, care în unele cazuri este emisă sub formă de fotoni (quanta de lumină). Intensitatea unei astfel de luminiscențe (CL) este proporțională cu viteza reacției la care participă radicalii și, în consecință, cu concentrația lor.

Principalele metode indirecte de studiere a reacțiilor care implică radicali sunt determinarea concentrației produșilor finali ai reacției, precum și utilizarea inhibitorilor. Să ne oprim asupra acestor metode mai detaliat.

Analiza inhibitorie

Radicalii sunt foarte reactivi și pot fi studiați folosind convenționali metode chimice Imposibil: procedurile standard, cum ar fi cromatografia sau centrifugarea, sunt complet inutile. Analizele biochimice fac totuși posibilă determinarea produselor finali ale reacțiilor în care se presupune participarea radicalilor, dar rămâne întotdeauna întrebarea dacă și care radicali au fost implicați în proces. Așa-numita analiză inhibitorie joacă un rol important în rezolvarea unor astfel de probleme.

Un exemplu clasic este utilizarea enzimei superoxid dismutază (SOD). Această enzimă catalizează reacția de interacțiune (dismutație) a doi radicali superoxid cu formarea de peroxid de hidrogen și oxigen molecular. Dacă adăugarea de SOD inhibă procesul studiat, înseamnă că este nevoie de un radical superoxid pentru apariția lui și rămâne de aflat în ce reacție este implicat acest radical.

Se poate spune fără exagerare că succese moderneîn studiul rolului radicalilor liberi în viața și moartea celulelor, organelor și țesuturilor noastre se datorează în mare parte descoperirii enzimei superoxid dismutază (SOD), care a fost făcută de I. Fridovich și McCord aproximativ un sfert dintr-un secol în urmă. Această enzimă, așa cum sa menționat deja, catalizează reacția:
.OО- + .ОО- + 2Н + => O2 + H2O

În prezența unei alte enzime, catalaza, peroxidul de hidrogen se descompune pentru a forma oxigen și apă: H2O2 => O2 + H2O

Descoperirea SOD a revoluționat mințile biochimiștilor: deoarece există o enzimă care îndepărtează radicalii liberi, special produși de celulele vii (și, după cum s-a dovedit, extrem de răspândit în natura vie), este clar că radicalii înșiși există în natură și din anumite motive sunt necesare, asigurați-vă că le ștergeți. Înainte de asta, puțini biochimiști au realizat că nu numai moleculele „adevărate”, ci și radicalii liberi, participă la metabolismul organismelor vii. Apoi SOD și catalaza au început să fie utilizate pe scară largă în toate studiile în care se studiază rolul superoxidului și al peroxidului de hidrogen într-un anumit proces, fie că este vorba despre o reacție biochimică individuală sau despre dezvoltarea unei boli la animale de laborator sau la oameni. Dacă, de exemplu, adăugarea de SOD încetinește dramatic procesul studiat, înseamnă că este nevoie de un radical superoxid pentru ca acesta să continue, iar acum este necesar doar să aflăm în care reactie chimica acest radical este implicat. Dacă procesul este inhibat de catalază, atunci peroxidul de hidrogen, descompus de această enzimă, este implicat în el.

Același principiu se aplică și altor inhibitori. Deci, pentru a clarifica rolul radicalilor lipidici, se folosesc „capcane” liposolubile ale radicalilor, care includ carotenoizi și tocoferoli (vitamina E). Aceste substanțe, reacționând cu radicalii L · sau LOO ·, termină lanțurile de oxidare și inhibă peroxidarea lipidelor. Hormonii steroizi și tiroxina au aceeași proprietate. Efectul antioxidant al acestor substanțe se manifestă și prin influența lor asupra cineticii chemiluminiscenței (vezi, de exemplu, Fig. 3, B). O capcană de radicali sintetice, di-tert-butilhidroxitoluen (ionol), este de asemenea utilizată pe scară largă.

Alte capcane radicale nu sunt atât de specifice, dar sunt și uneori folosite. Astfel, radicalii solubili în apă sunt efectiv „interceptați” de ascorbic sau acid uric... Pentru a „prinde” radicalii hidroxil (HO ·), se folosește manitol sau acid benzoic și uneori etanol. Pentru a elucida participarea reacțiilor de oxidare a lanțului lipidic la anumite procese (a se vedea mai jos), se folosesc „capcane” solubile în grăsimi ale radicalilor lipidici, care conduc lanțurile de oxidare. Aceste capcane includ tocoferolul (vitamina E) și unii compuși sintetici, cum ar fi terț-butilhidroxitoluenul (ionol). Radicalii solubili în apă sunt efectiv „prinși” de acidul ascorbic sau uric. Pentru a „prinde” radicalii hidroxil (HO ·), se folosesc manitol sau acid benzoic și uneori etanol. Trebuie spus, însă, că capcanele sunt departe de a fi întotdeauna specifice: multe dintre ele reacţionează nu numai cu radicali, ci şi cu molecule destul de active.

Metoda rezonanței paramagnetice electronice

Deși nu există nicio îndoială cu privire la utilitatea studiilor bazate pe studiul produșilor moleculari ai reacțiilor cu radicali liberi și a analizei inhibitorii, posibilitatea detectării directe a reacțiilor cu radicali liberi și a studiului direct al modificărilor concentrației acestora în timpul procesului studiat nu ar trebui să fie neglijat. Astăzi, există două metode directe de detectare a radicalilor: rezonanța paramagnetică electronică (EPR) și chemiluminiscența (CL).

Figura 6... Semnalele EPR ale unor radicali formați în celulele vii.

Figura 7... Măsurarea radicalilor într-o celulă cu flux

Metoda EPR face posibilă studierea cu destulă încredere a radicalilor semichinonelor, în special a radicalilor ubichinolului și tocoferolului (a se vedea spectrele din Fig. 6). De obicei, nu este posibil să se observe direct radicalii din speciile reactive de oxigen și lipide. Numai folosind metoda de amestecare rapidă a două soluții cu fluxul lor continuu (vezi Fig. 7) a fost posibilă observarea semnalelor EPR ale radicalilor lipidici formați în timpul descompunerii hidroperoxizilor acidului linoleic de către ionii Ce4 + și Fe2 +, deși destul de slabe. , în ciuda consumului uriaș de reactivi (Osipov, 1980 # 594). Încercările de a detecta direct oxigenul sau radicalii lipidici în sistemele biologice prin EPR au fost eșuate, deoarece concentrațiile staționare ale majorității radicalilor, cum ar fi oxigenul sau radicalii lipidici, în sistemele biologice sunt prea scăzute. Succesul a venit, însă, după dezvoltarea metodei capcanei spin.

Capcane de rotire

Cu toate avantajele metodei EPR, sensibilitatea acesteia este adesea insuficientă pentru detectarea radicalilor liberi, care, între timp, nu se formează doar în proba studiată, ci participă și la procese importante care au loc în aceasta. Întreaga problemă este în activitatea chimică ridicată a radicalilor. În sistemele biologice, ratele de formare a radicalilor de oxigen sau a radicalilor lipidici în membrane nu sunt atât de mari, dar ratele de dispariție a acestor radicali sunt foarte mari; prin urmare, concentrația de radicali în fiecare acest moment timpul (așa-numita concentrație staționară) este adesea atât de mic încât nu pot fi detectați prin metoda EPR. Cu cât radicalul este mai activ, cu atât concentrația lui staționară este mai mică și șansele mai mici de a-l „vedea” prin metoda EPR. Ieșirea este că radicalii activi sunt transformați în inactivi, stabili, care sunt înregistrați folosind EPR. În acest scop, la proba studiată se adaugă substanțe speciale numite capcane de spin (de exemplu, la o suspensie celulară, omogenat de țesut sau soluție în care au loc reacții care implică radicali liberi) (deși, desigur, aceștia „prind” nu spinuri, dar radicali). De exemplu, pentru a „prinde” radicalii hidroxil HO. se folosește fenilbutilnitrona (PBN).

Figura 8. Fenilbutilnitronă (PBN)

Când o capcană interacționează cu un radical, radicalul este adăugat la capcană cu formarea unui radical nou, stabil, numit „aduct de spin” (din cuvânt englezesc adaugă - adaugă, adaugă). Semnalele EPR ale aductilor de spin ai diferiților radicali diferă ușor ca formă. Acest lucru face posibilă identificarea radicalilor formați în sistemul studiat. Figura 8, din stânga, prezintă semnalul EPR al aductului de spin PBN cu radicalul OH format în timpul descompunerii peroxidului de hidrogen de către ionii de fier feros, iar în dreapta este semnalul ESR al aceluiași aduct format în prezența PBN. în timpul interacţiunii hipocloritului cu ionii feroşi.

Figura 9. Semnalele EPR ale aductilor de spin formate ca urmare a captării unui radical hidroxil de către capcana PBN.

Alte capcane sunt folosite pentru a capta alți radicali (de exemplu, superoxid). Deoarece capcana de rotație „interceptează” radicalii liberi, ea încetinește (inhibă) procesul pe care aceștia îl provoacă, de exemplu, reduce deteriorarea celulelor vii de către radicali. EL. Astfel, capcanele de spin sunt folosite în două scopuri: pentru a afla ce radicali se formează și ce procese în celulă provoacă.

Metoda chemiluminiscenței

LA metode eficiente studiul reacțiilor care implică radicali poate fi atribuit metodei chemiluminiscenței (CL). Se bazează pe faptul că atunci când radicalii interacționează între ei, se eliberează multă energie, care poate fi emisă sub formă de fotoni (quanta de lumină). Intensitatea unei astfel de luminiscențe (CL) este proporțională cu viteza reacției la care participă radicalii și, prin urmare, prezintă o modificare a concentrației lor în timpul procesului studiat. Acest lucru va fi discutat mai detaliat în prelegerea „Chemiluminescență intrinsecă („fluorescență superslăbită”) în sistemele biologice.

Studierea cineticii reacțiilor

Reacțiile care implică radicali liberi, în special reacțiile de oxidare în lanț, sunt foarte complexe și parcurg un număr de etape succesive. În studiul mecanismului reacțiilor în lanț, rolul principal l-a jucat studiul cineticii proceselor; în acest caz, măsurarea cineticii chemiluminiscenței vă permite să vedeți direct schimbarea în timp a concentrației de radicali, de exemplu, radicalii lipidici. Măsurarea paralelă a chemiluminiscenței, oxidarea ionilor de fier bivalenți și acumularea de produși de reacție în suspensii de mitocondrii și vezicule fosfolipide (lipozomi) au făcut posibilă determinarea experimentală a constantelor de viteză ale principalelor reacții de oxidare a lanțului de radicali liberi a lipidelor, după cum va fi considerat. mai detaliat mai târziu.

Este bine cunoscut faptul că în moleculele organice (inclusiv cele care alcătuiesc corpul nostru) electronii de pe învelișul exterior al electronilor sunt aranjați în perechi: câte o pereche pe fiecare orbital ( orez. 1). Radicalii liberi diferă de moleculele obișnuite prin faptul că au un electron nepereche (un singur) ( orez. 2și 3 ).

Un electron nepereche în radicali este de obicei notat cu un punct. De exemplu, un radical hidroxil este notat ca HO·, un radical peroxid de hidrogen ca HOO·, un radical superoxid ca · OO- sau O2·-. Mai jos sunt formulele pentru cei trei radicali ai alcoolului etilic:

CH3CH20·; CH3·CHOH; CH3CH2O

Un radical liber este o particulă - un atom sau o moleculă care are pe învelișul exterior unul sau mai mulți electroni nepereche.

Acest lucru face ca radicalii să fie activi din punct de vedere chimic, deoarece radicalul caută fie să recupereze electronul lipsă, luându-l din moleculele din jur, fie să scape de electronul „în plus”, dându-l altor molecule.

Molecula de oxigen (dioxigen), care conține doi electroni nepereche pe învelișul exterior, s-a dovedit a fi într-o poziție specială. Astfel, dioxigenul este un biradical și, ca și alți radicali, este foarte reactiv.

Este important de subliniat că electronii nepereche trebuie să se afle pe învelișul exterior al atomului sau al moleculei. Conceptul de radical liber nu include ionii de metale cu valență variabilă, în care electronii nepereche sunt localizați pe învelișurile interioare. Deoarece atât radicalii, cât și ionii metalelor precum fierul, cuprul sau manganul (precum și complexele acestor metale) produc semnale de rezonanță paramagnetică electronică (EPR), aceste particule sunt adesea denumite colectiv centre paramagnetice.

Formarea radicalilor din molecule stabile este astfel cauzată de apariția unui nou electron pe orbital liber, de valență, sau invers, prin îndepărtarea unui electron dintr-o pereche de electroni. Aceste procese apar de obicei ca rezultat al reacțiilor de oxidare sau reducere cu un electron. În astfel de reacții, împreună cu molecula din care se formează radiukalul, este implicat de obicei un ion metalic cu valență variabilă, care servește uneori ca donor sau acceptor al unui electron (și nu doi deodată, așa cum este cazul reacțiilor). între două molecule organice sau între o moleculă organică şi oxigen). Un exemplu tipic de reacție în care se formează un radical este reacția Fenton: interacțiunea peroxidului de hidrogen cu un ion feros:

Fe 2+ + H 2 O 2  Fe 3+ + OH - + OH (radical hidroxil)

La temperaturi ridicate sau sub influența radiațiilor ultraviolete se pot forma și radicali ca urmare a ruperii unei legături chimice (clivaj homolitic). În condiții normale, astfel de reacții practic nu au loc în celulele vii normale.

Nomenclatura radicalilor

Mai recent, Comisia pentru Nomenclatura Chimiei Anorganice a formulat regulile de bază pentru nomenclatura radicalilor (vezi (Koppenol, 1990 # 7)) ( fila. 1). Să ne oprim asupra unora dintre aceste recomandări. În primul rând, nu este nevoie să scrieți „liber” înaintea cuvântului radical. Terminația „silt” indică natura radicală a particulei luate în considerare. Astfel, radicalii RO · și HO · poartă denumirea de „alcoxil” și respectiv „hidroxil”.

Recomandarea de a nu abuza de derivații din „peroxid” și „hidroperoxid” poate fi considerată substanțial nouă. Un grup de doi atomi de oxigen legați împreună se numește „dioxid”. În consecință, radicalul ROO· se recomandă să fie numit „alchildioxil” (Koppenol, 1990 # 7). Numele alternativ „alchilperoxil” poate fi păstrat, dar este mai rău (Koppenol, 1990 # 7). Oxigenul molecular se numește „dioxigen”, iar ozonul se numește „trioxigen”.

Numele cu sfârșitul „silt” este destul de convenabil, dar nimic nu spune despre încărcătura particulei. Prin urmare, în cazurile necesare, se recomandă utilizarea denumirii sistematice a radicalului, unde taxa este dată între paranteze după numele grupului. De exemplu, radicalul O 2 · - are denumirea de „dioxid (l–)”. În această lucrare, vom folosi termenul mai scurt „dioxid”.

Când se scrie formulele radicale într-un superscript, mai întâi se pune un punct, care indică prezența unui electron nepereche într-un atom dat, iar apoi semnul sarcinii ionului. De exemplu „O 2 · – „. În formulele structurale, punctul ar trebui să fie exact la atomul în care este localizat electronul nepereche. De exemplu, pentru a sublinia faptul că dioxigenul are doi electroni nepereche, puteți scrie formula sa în acest fel „O 2”. tabelul 1 este dată o listă de nume recomandate pentru radicali; numele dintre paranteze drepte sunt cele care vor fi folosite în primul rând în această carte.