Введение. 
Сопряжение и ароматичность в органических соединениях. 
Электронные эффекты

Предмет биоорганической химии основываясь на современных достижениях различных отраслей науки, обосновывает химическую и физическую сущность физиологических процессов, изучает строение и свойства органических соединений, участвующих в процессе метаболизма и применяемых в качестве лекарственных соединений и создаёт научный фундамент для формирования мировоззрения будущего врача.

Для понимания взаимосвязи физических, химических и биологических процессов, необходимо изучение химических основ биохимических процессов in vivo и in vitro, необходимо умение связывать воздействие биологически активных соединений на организм с их химическим строением. Изучение медико-биологических дисциплин предопределяет необходимость знания основ биоорганической химии. Изучение биоорганической химии невозможно без определённого уровня знаний механизма органических реакций. Это в свою очередь требует предварительного изучения и понимания строения органических молекул, взаимного вляния атомов в молекуле, проявления эффекта сопряжения и ароматичности.

Явление сопряжения в органической молекуле

Большинство природных соединений содержат в своей структуре полиеновые цепочки, что обеспечивает их стабильность. В зависимости от расположения в молекуле двойных связей полиены делятся на три группы: кумулированные, сопряжённые и изолированные.

Наиболее устойчивыми среди них являются сопряжённые системы, где двойные связи чередуются с одинарными:

— С = С — С = С — С = С ;

Напримеркаротин, ретиналь, ретинол и др. В таких системах электронная плотность равномерна распределена между тремя и более атомами, т. е делокализована. Связи ихобразующие также называются делокализованныеми.

В кумулированных полиеновых структурах электронная плотность, образующаяся при образовании двух двойных связей концентрируется между этими тремя связями. Такие связи называются локализованными.

В изолированных системах электронная плотность двойных связей разделена несколькими одинарными связями и двойные связи практически не оказывают друг на друга влияния.

Наибольшего внимания заслуживают сопряжённые системы, в которых из-за равномерного распределения электронной плотности между несколькими атомами, образуется общее электронное облако, и удерживает все атомы в единой — электронной системе. Такому положению способствует взаимное перекрывание, т. е. сопряжение р-электронных орбиталей. Если сопряжение происходит только за счёт р-орбиталей, участвующих в образовании — связей, то такое сопряжение называется — сопряжением. Этот тип сопряжения наблюдается в молекулах с открытой цепью, таких как бутадиен-1,3, -каротин, ретинол, ретиналь, акролеин, акрилонитрил и в молекулах с замкнутой цепью — в бензоле, пиридине, тиофене, фуране и др.

— - Сопряжение в молекуле бутадиена — 1,3.

— - Сопряжение в молекуле бензола Этот тип соряжения наблюдается и в таких карбоцепных углеводородах, например в анионе циклопентадиенила, пиридине и пиримидине:

N.

C N N.

Анион Пиридин Пиримидин циклопентадиенила В таких молекулах все атомы углерода находятся в состоянии sp² гибридизации, происходит выравнивание длин связей и молекула приобретает особую устойчивость. Чем длинее цепь сопряжения те больше устойчивость молекулы. Природные углеводороды часто содержат в себе несколько сопряжённых — связей и в связи с этим обладают особой устойчивостью. Например в — каротине в системе сопряжения чередуются 11 двойных связей:

Если при сопряжении орбитали — связей перекрываются с рорбиталями гетероатомов S, O, N и др. или с орбиталями атома углерода, содержащего один электрон (радикал аллила), два электрона (анион аллила) или с безэлектронной орбиталью (катион аллила) наблюдаемое сопряжение называетсяр сопряжением.

СН₂=СН-СН₂ СН₂=СН-СН₂ СН₂=СН-СН₂

Катион аллила Радикал аллила Анион аллила Органическими соединениями с открытой цепью сопряжения являются винилхлорид, ацетонитрил, винилметиловый эфир, ацильная группа:

Винилхлорид Ацетонитрил.

CH3 — O — CH = CH2 СН3 — С=О Винилметил эфири Ацил гурухи Органическими соединениями с закрытой цепью сопряжения являются циклические углеводороды типа анилина, пиррола, тиофена, фурана и др.:

N S O.

H.

Анилин Пиррол Тиофен Фуран.