Аминокислоты

Содержание.

 

 

1. Классификация аминокислот.
2. Синтезы , , - аминокислот.
3. Свойства аминокислот: амфотерность, реакция по аминогруппе и карбоксилу.
4. - аминокислоты, их роль в природе.
5. Синтез пептидов.

Белковые вещества:

1. Классификация.
2. Строение. Первичная структура, понятие о вторичной, третичной и четвертичной структурах.
3. Понятие о ферментах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация аминокислот.

Аминокислотами называются органические кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп. В зависимости от природы кислотной функции аминокислоты подразделяют на аминокарбоновые, например H₂N(CH₂)₅COOH, аминосульфоновые, например H₂N(CH₂)₂SO₃H, аминофосфоновые, H₂NCH[P(O)(OH)₂]₂, аминоарсиновые, например, H₂NC₆H₄AsO₃H₂.

Согласно правилам ИЮПАК название аминокислот производят от названия соответствующей  кислоты; взаимное расположение в углеродной цепи карбоксильной  и аминной групп обозначают обычно цифрами, в некоторых случаях - греческими буквами. Однако, как правило, пользуются тривиальными названиями аминокислот. ( см. таблицу 1.) .

В зависимости от положения аминогруппы  по отношению к карбоксилу различают  , и - аминокислоты:

 

 

 

 

 

 

 

 

Все  - аминокислоты, кроме аминоуксусной (глицина), имеют асимметрический - углеродный атом и существуют в виде двух энантиомеров. За редким исключением, природные -аминокислоты относятся к L- ряду (S-конфигурация) и имеют следующее пространственное строение:

По физическим и ряду химических свойств аминокислоты резко отличаются от соответствующих кислот и оснований. Они лучше растворяются в воде, чем в органических растворителях; хорошо кристаллизуются; имеют высокую плотность и исключительно высокие температуры плавления. Эти свойства указывают на взаимодействие аминных и кислотных групп, вследствие чего аминокислоты в твёрдом состоянии и в растворе (в широком интервале pH) находятся в цвиттер-ионной форме (т.е. как внутренние соли). Взаимное влияние групп особенно ярко проявляется у -аминокислот, где обе группы находятся в непосредственной близости.

 

 

 

 

 

Цвиттер-ионная структура  аминокислот подтверждается их большим  дипольным моментом (не менее 50×10^-30 Кл × м), а также полосой поглощения в ИК- спектре твердой аминокислоты или её раствора. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Важнейшие аминокислоты.

Тривиальное название	Сокр.название ос- татка ами нок-ты	Формула	Температура плавления, 0С.	Растворимость в воде при 250С, г/100г.
Моноаминомонокарбоновые кислоты
Гликокол или  глицин	Gly	H2NCH2COOH	262	25
Аланин	Ala	H2NCH(CH3) COOH	297	16,6
Валин	Val	H2NCHCOOH ï              CH(CH3)2	315	8,85
Лейцин	Leu	H2NCHCOOH ï                      CH2CH(CH3)2	337	2,2
Изолейцин	He	H2NCHCOOH ï      CH3 ─ CH ─ C2H5	284	4,12
Фенилаланин	Phe	H2NCHCOOH ï              CH2C6H5	283 (разл.)	―
Моноаминодикарбоновые кислоты и их амиды
Аспарагиновая кислота	Asp(D)	H2NCHCOOH ï                 CH2COOH	270	0,5
Аспарагин	Asn(N)	H2NCHCOOH ï                  CH2CONH2	236	2,5
Глутаминовая  кислота	Glu(E)	H2NCHCOOH ï         CH2CH2COOH	249	0,84
Глутамин	Gln(Q)	H2NCHCOOH ï           CH2CH2CONH2	185	4,2
Диаминомонокарбоновые кислоты
Орнитин(+)	Orn	H2NCHCOOH         ï        CH2CH2CH2 NH2	140	―
Лизин	Lys(K)	H2NCHCOOH         ï        CH2CH2CH2 CH2NH2	224	Хорошо растворим
Аминокислоты
Аргинин	Arg®	H2NCHCOOH         ï        CH2         ï              CH2CH2 NH ─ C ─ NH2                                 ║                                 NH	238	15
Гидроксиаминокислоты
Серин	Ser(S)	H2NCHCOOH         ï        CH2OH	228	5
Треонин	Tre(T)	H2NCHCOOH         ï        CH2 (OH)CH3	253	20,5
Тирозин	Tyr(Y)	H2NCHCOOH         ï        CH2C6H4OH-n	344	―
Тиоаминокислоты
Метионин	Met(M)	H2NCHCOOH         ï        CH2CH2SCH3	283	3,5
Цистин	(Cys)2	2	260	0,011
Цистеин	Cys©	H2NCHCOOH         ï        CH2SH	178	Хорошо растворим
Гетероциклические аминокислоты
Триптофан	Try(W)	H2NCHCOOH        ï    H2C                            NH	382	1,14
Пролин	Pro(P)	H2C         CH2     ï          ï H2C         CHCOOH                    NH	299	16,2
Оксипролин	Opr	HOHC          CH2          ï           ï      H2C          CHCOOH                                          NH	270	36,1
Гистидин	His(H)	NH2CHCOOH         ï    H2C ―C ―― CH                ï           ï                    N          NH                                       CH	277	4,3

 

 

 

 

 

 

Синтезы , , - аминокислот.

-аминокислоты получают галогенированием карбоновых кислот или эфиров в -положение с последующей заменой галогена на аминогруппу при обработке амином, аммиаком или фталимидом калия (по Габриэлю).

                                                                              

По Штрекеру – Зелинскому -аминокислоты получают из альдегидов:

Этот метод позволяет также  получать нитрилы и амиды соответствующих  -аминокислот. По сходному механизму протекает образование -аминофосфоновых кислот по реакции Кабачника- Филдса, например:

 

 

В этой реакции вместо альдегидов могут быть использованы кетоны, а вместо диалкилфосфитов- диалкилтиофосфиты, кислые эфиры алкилфосфонистых кислот RP(OH)OR и диарилфосфиноксиды  Ar₂HPO.

Альдегиды и кетоны или  их более активные производные –  кетали служат для синтеза  - аминокислот с увеличением числа углеродных атомов на две единицы. Для этого их конденсируют с циклическими производными аминоуксусной кислоты – азалактонами, гидантоинами, тиогидантоинами, 2,5-пиперазиндионами или с её медными или кобальтовыми хелатами, например:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Удобные предшественники  -аминокислот - аминомалоновый эфир и нитроуксусный эфир. К их -углеродным атомам можно предварительно ввести желаемые радикалы методами алкилирования  или конденсации. -кетокислоты превращают в -аминокислоты  гидрированием в присутствии NH₃ или гидрированием их оксимов, гидразонов и фенилгидразонов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Можно получать -аминокислоты также непосредственно из -кетонокислот, действуя на них аммиаком и водородом над никелевым катализатором:

 

 

Некоторые L- -аминокислоты ввиду сложности синтеза и разделения оптических изомеров получают микробиологическим способом (лизин, триптофан, треонин) или выделяют из гидролизатов природных белковых продуктов (пролин, цистин, аргинин, гистидин).

- аминосульфоновые кислоты получают  при обработке аммиаком продуктов  присоединения NaHSO₃ к альдегидам:

RCHO + NaHSO₃ ®  RCH(OH)SO₃Na  ® RCH(NH₂)SO₃Na

 

-аминокислоты синтезируют присоединением  NH₃ или аминов к , -ненасыщенным кислотам:

 

 

 

 

В.М.Родионов предложил метод, в  котором совмещаются в одной  операции получение  , -непредельной кислоты конденсацией альдегида с малоновой кислотой и присоединение аммиака:

 

                                                                                                                            

                                                                                                                                

         

-аминокислоты получают гидролизом  соответствующих лактамов, которые  образуются в результате перегруппировки  Бекмана из оксимов циклических  кетонов под действием H₂SO₄. -аминоэтановую и -аминоундекановую кислоты синтезируют из , , , -тетрахлоралканов путем их гидролиза конц. H₂SO₄ до -хлоралкановых кислот с последующим аммонолизом:

Cℓ(CH₂CH₂)_nCCℓ₃  → Cℓ(CH₂CH₂)_nCOOH   → H₂N(CH₂CH₂)_nCOOH

Исходные тетрахлоралканы  получают теломеризацией этилена с CCℓ₄.

Бекмановская перегруппировка  оксимов циклических кетонов. Наибольшей практический интерес представляет перегруппировка оксима циклогексанона:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаемый этим путем капролактам  полимеризуют в высокомолекулярный поликапромид

 

                                                                                        

 

из которого изготовляют  капроновое волокно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства аминокислот: амфотерность, реакция по аминогруппе  и карбоксилу.

1.  Большинство аминокислот – бесцветные кристаллические вещества, обычно хорошо растворимы в воде, часто сладковаты на вкус.

2.     В молекулах аминокислот содержатся две группы с прямо противоположными свойствами: карбоксильная группа-кислотная, и аминогруппа с основными свойствами. Поэтому они обладают одновременно и кислотными и основными свойствами. Как кислоты, аминокислоты образуют со спиртами сложные эфиры, а с металлами и основаниями-соли:

    

                                                                                                         

 

Для аминокислот особенно характерно образование медных солей, обладающих  специфической синей  окраской. Эти вещества являются внутренними  комплексными солями; в них атом меди связан не только с атомами  кислорода, но и с атомами азота  аминогрупп:

                                               

                                                 

                                               

 

Связь между атомом меди и азота осуществляется дополнительными  валентностями( за счет свободной пары электронов азота аминогруппы). Как видно, при этом возникают кольчатые структуры, состоящие из пятичленных циклов.  На легкость образования подобных пяти- и шестичленных циклов обратил  внимание в 1906г. Л.А. Чугаев и отметил их значительную устойчивость. Медь(и другие металлы) в таких внутрикомплексных соединениях не имеют ионного характера. Водные растворы подобных соединений не проводят в заметной степени электрический ток.

При действии едких щелочей  на медные соли аминокислот не происходит выпадания гидрата окиси меди. Однако при действии сероводорода происходит разрушение внутрикомплексного соединения и выпадает труднорастворимая в воде сернистая медью

3. Кислотные свойства в моноаминокислотах выражены весьма слобо-аминокислоты почти не изменяют окраски лакмуса. Таким образом, кислотные свойства карбоксила в них значительно ослаблены.

4.   Как амины, аминокислоты образуют соли с кислотами, например:

HCℓ∙NH₂CH₂COOH

Но эти соли весьма непрочны и легко разлагаются. Таким  образом, основные свойтва аминогруппы в аминокислотах также значительно ослаблены.

5.   При действии азотистой кислоты на аминокислоты образуются оксикислоты:

 

NH₂CH₂COOH  +  NHO₂         HOCH₂COOH     +    N₂    +    H₂O