Бифункциональные органические вещества. Аминокислоты.

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Лекция № 7. Бифункциональные органические вещества. Часть 2. Аминокислоты. КЛАССИФИКАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ 1) По взаимному расположению карбоксильной и аминогруппы Греческие буквы могут быть заменены на номера локантов. 2) По числу функциональных групп Моноаминомонокарбоновые Диаминомонокарбоновые Моноаминодиакарбоновые H2N C C OH H2N C C OH CH2 C NH2 H2N C C OH CH2CH2 C NH2 CH2 OH КЛАССИФИКАЦИЯ 𝜶-АМИНОКИСЛОТ O O Аспарагин, Asn (5,4) 305 27.1. Классификация α-аминокислот 304 Глава 27. Аминокислоты, пептиды и белки Аминокислоты с полярными нейтральными боковыми группами R: H ами O ноклассификация H O Особая 𝜶-аминокислот: Многие кислоты могут быть синтезирова ны в живых H оргаOнизмах (расHти тель ко, ны Cных C или OH животных). H2NВыс Cшие C жи OHвотные, однаH Cсоб OH 2N 2N неCспо синтезировать все аминокислоты, которые они используют в белковом CH2 C NH2 CH2CH2 C NH2 CH OH синтезе. Орга низм человека, например, не может синтезировать2 восемь Серин, (5,7)ны O аминокислоты называют O аминокислот. Эти незаменимыми. ОниSer долж Аспарагин, Asn (5,4) Глутамин, Gln (5,7) поступать в организм человека с пищей. Незаменимые кислоты отмечены ниже буквой «н». H O H O H O Аминокислоты с неполярными боковыми группами R: H2N C C OH H2N C C OH H2N C C OH Серин, Ser (5,7) Глутамин, Gln (5,7) H O H O H O H2N C C OH H2N C C OH H2N C C OH CH CH3 CH2 SH CH2 OH Цистеин, Cys (5,0) Заменимые и незаменимые (н) Треонин, Thr (5,6) н OH в *незаменимые – не могут синтезироваться в организме человека, должны поступать 27.1. Классификация α-аминокислот 305 Тирозин, Tyr (5,7) организм в составе белков пищи. CH H 2O SH Цистеин, Cys (5,0) H 2N C C OH CH3 Аланин, Ala (6,0) CH CH3 H O H2N C COHOH CH2 H O H2N C C OH Треонин, Thr (5,6) H н Глицин, Gly (6,0) CH CH2CH3 CH3 OH Изолейцин, Ile (6,0) Тирозин, н Tyr (5,7) H O H O Ами с кислотнымиHбоNковы пами R: H Nнокис C лоCтыOH CмиCгруп OH 2 2 H CH2O CH CH3 H2N C C CH OH3 Лейцин, CH2 Leu C (6,0) OH н H CH O2CH2SCH3 Met (5,7) H2NМетионин, C C OH н CH2CH2 C OH O Аспарагиновая H Asp O (3,0) кислота, H2N C C OH HH OO H H2N C CC OH OH 2N C CH CH22 CC NH OH2 H H O O H H22N N C C C C OH OH CH CH22CH CH22 CC NH OH2 OO OO Аспарагин, Asn (5,4) Аспарагиновая кислота, Asp (3,0) H H O H O 2 H OSH CH 2 H2N C Cys C (5,0) OH Цистеин, CH CH2CH2CH2NH C NH2 2 Аргинин, Arg (10,8) NH CH2 OH Серин, Ser (5,7) H O 2 NH H2N C C OH H O CH CH3 CH2 H N C C OH OH 2 CH2CH2CH2NH C NH 2 Треонин, Thr (5,6)CH2 Аргинин, Arg (10,8) н N H O 2 H Oиз которых 8 H O Для человека важны АК, Пролин,20 Pro (6,3) H2N C C OH H OH(5,5) NH Фенилаланин, 2N C C Phe незаменимы. н CH H2N C C OH Ами кисло с основными боH коN выми ми R: H NноC C ты OH C груп C па OH NH N C C OH H O Глутамин, Gln (5,7) Глутаминовая кислота, Glu (3,2) O Глутаминовая кислота, H Glu O (3,2) Аминокислоты с основными боковыми группами R: H O Амино нокис кисло лоты тысспо кис лот выми груп Ами ляр ныны мими нейботко раль ными бопа коми выR: ми группами R: OH Тирозин, Tyr (5,7) Гистидин, His (7,6) H2N C C OH Аминокислоты с кислотными боковыми группами R: CH2CH2CH2CH2NH2 HЛизин, O Lys (9,7) H O н H2N C C OH CH2 C OH O Аспарагиновая H2N C C OH CH2CH2 C OH O Глутаминовая O 27.2. ПОной ЛУча ЧЕстью НИЯ НО КИС KOH/H O БЫ Hсо HCl 2ной 2O, ке, торый является СПО основСО став косα-АМИ тей и хря щей всехЛОТ поN коCH 2 C t t звоночных. OC H 2 5 ПОЛУЧЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ O Ниже приводится ряд методов, пригодных для препаративного синтеза α-аминокислот в лабораторных условиях. COOH СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ 27.2. Способы получения 27.2. α-АМИ НОКИС ЛОТα-аминокислот O 307 + C2ни Hро + αCH C замещенных кислот Ами вание -гало 5OH 2 ген OH ных α-га Амидля ниропре ваниера эфи лоте ген мещенных кислот Ни же приво дит рядное мето тивров ного син зазакар COOH NH 3 Cl Нук леся офиль задов, ме щепри ниегод галогена на амипа ногруп пу в α-га логен бонопо ме то ду Га б ри э ля α-аминокис лот в ла бо ра тор ных ус ло ви ях. гидрохлорид вой кислоте — один из наиболее известных методов синтеза α-аминокис- Получение 𝜶-аминокислот глицина (90%) лот (см. т. II, разд. 13.4.1): 27.2. Способы получения α-аминокислот Глава 27. Аминокислоты, пептиды и белки Этот метод представля307 ет собой модификацию известного метода синтеза Аминирование α-галогензамещенных кислот O пер вич ных ами нов и обес печиHва ет получение α-аминокислот с высоким HCl, NH3 (изб.), H2O 2O ПолучениеВпо методу Штрек кегора–Зе ско гоминое резуль тате нук леофильно присоелин динения ам ака к аль дегиду и поR CH COOH R CH C Нук ле о филь за ме ще ние га ло ге на на ами но груп пу в α-га ло ген кар бо но вы хо дом (см. разд. 20.4.4): pH ~ 6,5 Ами низуро ваимин, ние эфи ров α логен ных4Hal кислот следующего отщепления воды обра ется который, ре-га агируя с циза а- мещен—NH O NH4 нокисводородом, дает нитрил α-аминокис лоты. Гило дроте лиз — нитодин рильнойиз груп вой кис напы ибоси леецииз вест ных метоNH дов2син По этомуно спо со бу аль де гид об ра ба ты ва ют вод ным рас тво ром сме а ни Hal по ме то ду Га б ри э ля Oтеза α-ами приводит к α-аминокислоте. лот (см. т. II, разд. 13.4.1): да калия и хлориδда аммония (см. т. II, разд. 19.1.4): (Hal = Br, Cl) OH 308 Глава 27. Аминокислоты, пептиды и белки O δ O δ δ δ SN2 NH H CN O Этот метод пред став ляет собой модификацию известOного мето да Kсинте заCH C + R CH NH NH NH4Cl R+ CKCN Ad R C NH CN + KCl N HCl, H2O NH3 (изб.), H2O 4 –H O 2 –KCl В результате нуклеофильного присоединения аммиака к аль пер вич ных ами нов и обес пе чи ва ет по лу че ние α-ами но кис лот с вы со ким R CH C имин H дегиду и поR CH COOH R CH C pH ~ 6,5 H H OC2H5 —NH4Hal следующего отщепления воды образуется имин, который, реполучения агируя с циаα-аминокислот альдегид 27.2. Способы 307 Cl выходом (см. разд. 20.4.4): OH O NH t ной группы новодородом, дает нитрил α-аминокислоты. Гидролиз нитриль 4 H O, HCl NH NH2 2 δ O R 3CH N RHal CH COOH + NH4Cl NH4CN NH + CHCN приводит к α-аминокислоте. t 308 Глава 27. Аминокислоты, пептиды и белки O = Br,ClCl) фталимид калия этиловый эфир δ (Hal NH NH2 3 Хотя этот метод применим для синтеза не только α-аминокислот, но OH монохлоруксусной кислоты α Ами ни ро ва ние эфи ров -га ло ген за ме щен ных кис лот O нитрил гидрохлорид δ δ δ NH O ной, приH CN O бым удалением аминогруппы от карбоксиль α-аминокислоты α-аминокислоты δ В результате нуклеR офиль нения миака к альR дегиCH ду иO по и ами но кис лот с лю NH C ного присоедиR C ам NH SN2 –H O по методу Габриэля Ad O следующего отщепления воды с циа- KCN/NH4Cl H2O N (изб.), tг.) иCH R вы CH C целевого + H образуется имин, который, реагируя KHCl, C-COOH Этот метод впервые былCH предлоC женN А. Штрек кером (1850 был осно 2срав ме няет ся он нительно –KCl редко из-за невысоких ходов проHдро Hлиз нитриль Rнойимин C R R CH новодородом, дает нитальдегид рил α-аминокислоты. Ги группы H O –NH Cl 2 ван на применении аммиака и синильной кислоты. В4 1906 г. его усовершен- OC H OH приводит к α-аминокислоте. O 2 5 дук та. H O, HCl NH H ствова ли Н.Д.+Зелин и Г.Л. Стадников. 2 KOH/H2O H2O, HCl R CH C N R CH COOH NHский Cl ет Этот метод представ собой модификацию извеCl стно го3 Cl метода синтеза NH NH 4ля t 2 δ N CH C OH δ 2 O t t O δ δ NH2 NH Cl δ пер вич ных ами нов и обес пе чи ва ет по лу че ние α-ами но кис лот с вы со ким NH 3 тез на основе малоновонитрил Хотякалия этот метод при меним для синтеза не только α-аминокислот, но H CN Син го эфира гидрохлорид фталимид этиловый эфир OC2H5 R CH NH R C R C NH –H Oнитрил гидрохлорид Ad выхо дом (см. разд. 20.4.4): α-аминокислоты α-аминокислоты монохлоруксусной кислоты α-аминокислоты α-аминокислоты и ло ами нокис лот с лю бым ем аминогруппы от карбоксильной, приимин H α-Ами нокис лоты по лу чают и через ма новый эфир. Этот метод покауда зан лени H H O альдегид ни же на при ме ре по ниня на ет (см. стр. 75): Этот метод впервые был предложен А. Штреккером (1850 г.) и был ослу ноче - ния фенилала ме ся он срав ни тель но ред ко O O из-за невысоких выходов целевого проO H O, HCl ван на мене миакаRи си нильCOOH ной кисло ты.NH В 1906 г. его усовершенR CHприC Nнии ам CH + Cl 4 t дукта. COOH ствовали Н.Д. Зелинский и Г.Л. Стадников. O O NK O δ 2H5 NH2 NH3 Cl COOC2H5 COOC SN2 KOH/H O H O, HCl 2 2 + C H OH + C CH нитрил гидрохлорид Br O + 2 5 2 N CH2 C N CCl K CH CH 27.3. tПространственная изомерия и оптическая активность α-аминокислот 309 Син тез на основе малоновогоα-аминокислоты эфира CH2 Br 2 C t α-аминокислоты –KCl –KBr OH OC H OC H COOC H COOC H α-Ами но кис ло ты по лу ча ют и че рез ма ло но вый эфир. Этот ме тод по ка зан 2 5 2 5 2 5 2 5 COOH NH Cl Этот метод впервые был предложен А. Штреккером (1850 г.) и был осно3 Cl малоновый броммалоновый ни же на при мениль ре поной лучекис ния ниВла лани (см. 75): ван на применении ам ми ака и си лофе ты. 1906 г.на его усостр. вершен -эфир O эфир δ гидрохлорид O O O ствовали Н.Д. Зелинский и Г.Л. Стадников. O 308 Получают из природных веществ и синтетически. 1. Гидролиз белков в присутствии кислоты. 3 2. Из 𝜶-галогенкарбоновых кислот 2 N 2 3 3. Из альдегидов (метод Штреккера-Зелинского) 2 N 2 3 2 N 4. Метод Габриэля 2 2 4 N K фталимид калия этиловый эфир COOC2H5 монохлоруксусной кислоты COOC COOC2H5 2H 5 Синтез на основе мало нового эфи ра Br2 O CH2 CH Br CClма 4 лоновый эфир. Этот–KBr α-Аминокислоты получают и через метод показан COOC H5нилаланина COOC ниже на примере полу чения2фе (см. стр. 2H5 75): N CH O 5. Синтезы на основе малонового эфира малоновый эфир COOC2H5 CH2 COOC2H5 малоновый эфир COOC2H5 Br2 CCl4 CH Br COOC2H5 броммалоновый эфир броммалоновый O эфир N K O –KBr O N CH COOC2H5 C 2H5O Na (этанол) N-фталимидомалоновый эфир O COOC 2H5 C 2H5O Na COOC 2H5 COOC N C2H5 (этанол) Na COOC2H5 O N-фталимидомалоновый O эфир N CH COOH O (этанол) N C COOC2H5 глицинаH(90%) O, HCl NaOH/H2O 2 t COOC2H5 O +активность C2H5OH + CH2 C309 27.3. Пространственная изомерия и оптическая α-аминокислот O Получе ние по методу Штрек кера–Зелинского CH2 OH N-фталимидомалоновый эфир O COOH NH Cl N-фталимидобензилмалоновый эфир KOH/H2O H2O,OHCl По этому способу3 альдегид обрабаты CH Cl вают водным раствором смеси цианиO N CH2 C гидрохлорид t t COOC COOH CH2 CH COOH 2H5 и хлорида аммония (см. COOC2H5 да ка лия т. II, разд. 19.1.4): глицина (90%) NaOH/H O H O, HCl OC2H5 N C 2 COOC2H5 O O COOC2H5 C 2H5O Na CH2Cl N C Na 2 2 t + 2C 2H5OH + CO2 + NH3 Cl COOC2H5 NH4Cl + KCN NH O COOC2H5 COOH 4CN + KCl O O фталевая кислота гидрохлорид фенилаланина CH2 Получение COOH по методу Штреккера–Зелинского t Важно отметить, что все способы получения, описанные в этом разделе, O N-фталимидобензилмалоновый эфир NH4CN NH3к ра + HCN приво По этому способу аль обCOOH раба вают ром смеси циадят ни- цемическим смесям энантиомеров α-аминокислот. + де Cгид +тыCH C ным раство 2H5OH 2 вод CH2 CH COOH Задача 27.1. Предложите схемы синтеза следующих аминокислот: да калия и хлорида аммония (см. т. +II,2Cразд. 19.1.4): OH 5OH + CO2 + COOH NH2H 3 Cl O NH3 Cl KCN/NH COOH H O (изб.), HCl, t 4Cl NH3 NH4Cl + KCN NH4CNгидрохлорид + KCl R C R CH C N 2 NH3 R CH COOH ПОЛУЧЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ Получение 𝜷,𝛾,𝛿,𝜺-аминокислот 𝜷-аминокислоты получают присоединением аммиака к 𝜶,𝜷-ненасыщенным карбоновым кислотам. 𝛾,𝛿,𝜺 и др. аминокислоты получают различными специфическими методами. Часть этих методов заключается в получении соответствующих циклических амидов АК – лактамов и их щелочном гидролизе. Получение аминоаренкарбоновых кислот Обычно применяют восстановление нитроаренкарбоновых кислот. Также возможно использование расщепление имидов по Гофману (получение оаминоаренкарбоновых кислот) СТРОЕНИЕ. ОСНОВНОСТЬ И КИСЛОТНОСТЬ. Молекулы аминокислот обладают двумя функциональными группами, противоположными по характеру. Это дает возможность образовывать внутренние соли – бетаины (цвиттерион). В зависимости от рН среды, существует равновесие между различными количествами бетаина, аниона или катиона. Суммарный заряд = 0. Такие АК называют нейтральными. При отдалении аминогруппы от карбоксильной изменяется константа кислотности (становятся менее кислыми). Диаминокароновые и моноаминодикарбоновые кислоты тоже образуют внутренние соли, но из-за присутствия второй функциональной группы сохраняют основную или кислую реакцию. Диаминокислоты сравнимы по основности с аммиаком, а аминодикарбоновые по кислотности превышают уксусную. N,O-дибензилглицин C6H5CH2 NH CH2 COOH C6H5CH2 NH2 CH2 COO ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА N-бензилглицин 27.4.4. Реакции карбоксильной группы Реакция эте риРеакции фикации 27.4. α-аминокислот 313 Реакцию осуществляют действием сухого хлороводорода на смесь безвод- 27.4.2. солей N-Ацилирование - Взаимодействие с щелочами с образованием ного спирта и аминокислоты. Эфир аминокислоты получают в виде хлорги- та, который перево дят вроос новаами ние емкомплексов ки ла ми Аци лис вание нодей групст пыви про тетри каеталдо ста точ нона: легко - Взаимодействие с ионамидра тяжелых металлов образованием - Реакции этерификации - И др. различных ацилирующих агентов. O CH2 COOH NH2 под действием O C2H5OHCH COOH + (CH3CO)2O (C2H5)3N CH COOH + CH3COOH 2 2 2 C CH CH2 C 25 °C HCl (сухой), 25 °C уксусный O OC H NH2 OC2H5 2 5 ангидрид NH Cl NH C NH 2 3 глицин 313 CH3 эфир этиловый гидрохлорид N-ацетилглицин глицина этилового эфира глицина 27.4.2. N-Аци лирование Реакции аминогруппы к образованию амида. CH2 COOH + HCOOH Нагревание CHприводит 2 COOH + H2O 5–15 °C Для получения бензиловых эфировмуравьиная аминокислот в качестве O катализатоАци лирование аминогруппы протекает достаточно легко под действием NH2 - Ацилирование кислота ра применяют бензолсульфоновую кислоту. Выделяющу юсяCводу отгоняют NH различных ацилирующих агентов. глицин H в ходе реакции: CH2 COOH + (CH3CO)2O 25 °C CH2 COOH + CH3COOH N-формилглицин C 6H5SO3H уксусный O H3N CH COO + C6H5CH2OH –H2O NH2 ангидрид O NH C NaOH глицин бензиловый CH2 COOH + C6H5 C CH2 COOH + NaCl CH3 CH3 H2O спирт Cl O аланин N-ацетилглицин NH2 NH C бензоилхлорид глицин C6HC CH2 COOH + HCOOH CH2 COOH + H2O 5 H3N CH COOCH2C6H 5–15 °C 5 6H5SO3 муравьиная O N-бензоилглицин NH2 кислота CH NH C 3 глицин По лу че ние N-ациль ных про из вод ных«защиты» используют для защиты аминоH Это свойство применяют для аминогруппы. О-бензилаланинбензолсульфонат груп пы. С этой це лью ча с то при ме ня ют N-формилглицин 27.4. Реакции α-аминокислот глицин O a) бензилхлорформиат: O зилами Моноалкилирование аминогруппы не всегда протекает Из-нокислот: 27.4. Реакции α-аминокислот 315избирательно. 3 6 5 толуол 3 бирательность этой реакции зависит от характера алкилирующего агента. O CH3 KOH Примером гладкого N-моноалкилирования может служить синтез N-бен - 2Cl + CH2 C гидрохлорид C6H5CH 27.4.3. N-Алки ли ро ва ние зиламинокислот: бензилхлорид O Kаланина NH2 O протекает избирательно. ИзК-соль глицина Моноалкилирование аминогруппы не всегда KOH За да ча 27.3. Ала нин под вер га ет ся кис лотно-катализируемой этерифиO кации медленнее, C6Hре +виCH 5CH 2Cl за бирательность этой акции сит2отCхарактера алкилирующего агента. 1. H2O (KOH), t про-пановая кислота. Предложите объясне это2муNH факту. бензилхлорид O мо K жет служить синтезчем C6ние H5CH CH2 C Примером гладко го N-моноалкили рования N-бен NH 2. H2O, pH 6,5 2 OCH2C6H5 - но Алкилирование зилами кислот: К-соль глицина ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА C6H5CH2Cl + CH2 C бензилхлорид NH2 O O K KOH C6H5CH2 NH CH2 C Ре ак дезt ами нирования 1. H (KOH), 2Oции C H CH NH CH OCH2C6H5 2. H2O, pH 6,5 6 5 Свободные N,O-дибензилглицин 2 2 COOH C6H5CH2 NH2 CH2 COO N-бензилглицин аминокислоты, как и первичные алифатические амины, реагируют с азотистой кислотой с выделением азота. C H CH 1. H62O 5(KOH), 2 t NH2 CH2 COO HNO2 27.4.4. Репептиды акцияCOOH эте рификации + H O 27. Аминокислоты, и белки + N2 COOH CH2 Глава CH 2 2 2. H2O, pH 6,5 К-соль глицина - N,O-дибензилглицин O27.4.5. O C6H5CH2 NH CH2 COOH C6H5CH2 NH318 CH2 C N-бензилглицин Взаимодействие с азотистой OCH C6H5 2кислотой N,O-дибензилглицин Например, NH2 глицин Реакцию осу ществляют действием сухого хлороводорода на смесь безводOH ного спирта и аминокислоты. Эфир аминокислоты получают в виде хлоргигликолевая драта, который кислота переводят в основание действием триалкиламина: C6H5CH227.4.4. NH CH2РеCOOH NH2 CH2 COO акция этерифиCка ции 6H 5CH2 O O O O зуетобразуются мереCние количестваэфиров выделивше го ся Вазо та исполь ся(C2для Также возможно проведение сложных АК. ходе чего + H2NИзCH N-бензилглицин H2N CH диазотирования C H5)3N количестC2H 5OH CH2 C C Реакцию осуществляют действием суOH хого хлорово доро смесь - нокис COOH CHвод 2 ами вен нода го на оп ре де лебез ния ло(сухой), ты. 25 °C CH2 в OH HCl диазоэфиры желтые взрывчатые вещества, широко используемые органическом CH аминокисло CH 2чают в ви OC2H5 H OC ного спирта–и ами нокислоты. Эфир ты по лу де хлор ги 2 5 NH1,2,3NH Окис ли тель ное дез ами ни ро ва ние α-ами но кис NH 2 3 Clлот под действием 2 CH CH 3 вание 3 действием три синтезе. драта, который переводят в осно алкиламина: этиловый инSH дан триона — нингидглицин рина — лежит в основегидрохлорид их качественного обна руже- эфир 27.4.4. Реакция этерификации глицина эфира этилового валин цистеин 318 Глава пептиды ния. При этом α-ами ноаминогруппы кислота претерпевает глу бокие превращения, а проO и белки O 27. Аминокислоты, глицина Реакции с одновременным участием карбоксильной и N H5)3вод (C2без OH H5хо Реакцию осуществляют действиемC2су го хлороводорода на смесь дукт реCH акции харак тер синюю окэфи раску Cимеетсвязь C CH COOH CH 2пептидная 2 2 Для полу ченую ния бен зиловых ров(нингидриновая аминокислот в кареакция). честве катализато°C лоты получают в виде хлоргиHCl (сухой), ного спирта и аминокислоты. Эфир амино25кис H OC H OC Синий цвет обусловлен образованием красителя Синий Руэмана Образование пептидов (конденсация) 5 2 2 5на: На пример, ра применяют бензолсульфоновую кислоту. Выделяющуюся воду отгоняют NH2 NH драта, который пе ре три алкилами NH 3 Cl 2водят в основание действием в ходе реакO ции: этиловый гидрохлорид глицин O эфир O O O O O O C 6H5SO3H глицина эфира этилового (C CH + C H CH OH H N CH COO 2H5)3N 5OH + 2H2 H N CH C N CH C H2N CH C NH 3CH C OH + H2O 6 5 2 –H2O 2 глицина CH2 C CH2 COOH HCl (сухой), 25 °C CH2 C OH бензиловый OH OH CH3 OC2H5 OC 5 эфи CH CHров CH CH спирт Для по лучеNH ния3 Cl бензи ло2H вых ами то - аланин 2 2 NHно NH2 2 кислот в качестве C катали+заCH C N CH2 – CO 2 COOH – 2H2O 2 CH CH ра приCH меня ют бен золсульфоновую ту. Выдеэфир ляющую ся3во ду 3отгоняют 3 CH 3гидрохлорид глицин SH SH кислоэтиловый OH NH2 C O C H C H SO глицина этилового эфира в ходе реакции: H3N HCHO COOCH N-концевая C-концевая 3 2 6 5 6 5 валин глицина цистеин C 6H5SO3H аминокислота O аминокислота + C H3зи N лоCH COO 6H 5CH Для получения бен вых эфи ров ами но кис лот2OH в каче–H стве занингидрин то2O катали пептидная связь бензиловый дипептид (гидратная форма ра применяют бензолсульфо няют CHно 3 вую кислоту. Выделяющуюся воду отго O CH 3 О-бензилаланинбензолсульфонат целом, для нингидриновой гидрохлорид В О-бензилаланина реакции характерна высокая чувствительность, поскольку отдельные ее стадии отличаются хорошими выходами и воспроизводимостью. H N CH COOH Cl + C H CH . 3 6 5 толуол CH3 27.4.6. Отношение к 3 гидрохлорид нагре ванию аланина ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА При нагревании α-аминокислоты превращаются в циклические амиды, назынин ваепод мые токис пипе зинатами. нин ким образом циклизуЗадача 27.3. Ала верди гаке ется лотра но-ка лизиНа руепри моймер, этериала фика ции та мед леннее, Образование дикетопиперазинов и лактамов чем пропановая Предло те объяснение это мупе фак еткис ся ло дота. 3,6-ди межи тил-2,5-ди кето пи рату. зина: CH3 O CH3 𝜷-АК термически нестабильны и при нагревании NHдезCH Cрования 27.4.5. Реакции амини 6 5 O 1 отщепляют аммиак. Лакатамы получаются только OH 𝜶-АК H HN 2H O + 2 фатические t ные али 2 Свободные аминокислоты, какHи первич амины, реаги- в особых условиях. HO NH руют с азотистой кислотой с выделением азота. O 4 C CH NH 3 Очень легко циклические амиды (лактамы) образуют HNO2 O CH2 COOH CH2 COOH + N2 + H2O CH3 CH 3 NH2 OH аланин гликолевая кислота глицин 3,6-диметил-2,5-дикетопиперазин 27.4. Реакции α-аминокислот 𝛿- и 𝛾-АК. 317 O O Гидролизом одной из пептидных связей в 3,6-диметил-2,5-дикетопипеИзме-рение ко ли че ст ва вы де лив ше го ся азо та ис поль зу ет ся для ко ли че ст — разине легкоокислителей получить соответствующий дипептид Ala Ala. Действие венного определения аминокислоты. нингидрин H2O Окислительное дезаминирование α-аминокислот под действием 1,2,3C N CH NH CH 2 2 O – 2H2O Окисление протекает под действием сильных окислителей. При этом выделяется аммиак, индантриона — нингидрина — лежит в основе их качественного обнаруже–H C 27.4.7. Пеп тид ный син тез углекислый газ альдегид, затем кислоты. H ния. При этом нокис лотаипре терпевает глубокоторый кие превращения, а про- окисляется 27.4. α-ами Реакции α-аминокислот 317 до карбоновой OH дукт реакции имеет характерную синюю окраску (нингидриновая реакция). O Аминокислоты в пептидах и белках связаны пептидной связью. Пептидной Синий цвет обусловлен образованием красителя Синий Руэмана - Нингидриновая реакция. 2-амино-1,3-индандион связью называют амидную связь, которая связывает фрагменты двух аминоO O O O O O O кислот. OH C OH OH + CH2 COOH C N– 2H CH O2 NH2 –H C O H O OH O нингидрин (гидратная форма 1,2,3-индантриона) 2 H2O C N CH2 –CH CO 2 NH2 H O C O нингидрин – 2H2O O O 2-амино-1,3-индандион O O CH N C OH O C N C O (λмакс 570 нм) O O В целом, для нингидриновой реакции характерСине-фиолетовая на высокая чувствительокраска ность, поскольку отдельные ее стадии отличаются хорошими выходами и БЕЛКИ Белки –это высокомолекулярные природные полимеры (биополимеры), молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью. Выделяют: Простые (протеины): состоят в основном из 20 видов 𝜶-аминокислот. Сложные (протеиды): могут включать ионы металлов, образовывать комплексы с липидами, нуклеиновыми кислотами, углеводами и др. Агрегатное состояние твердые Форма молекул жидкие глобулярные фибриллярные СТРУКТУРА БЕЛКОВ Цепь аминокислот, построенная из 20 видов 𝜶аминокислот, содержащая от 50 до нескольких сотен АК остатков. Несколько полипептидных цепей, соединенных друг с другом и определенным образом располагающихся в пространстве Конформации полипептидных цепей, имеющих формы 𝜶спирали и 𝜷-структуры (складчатый слой) 𝜶-спираль – имеет на одном витке 4 АК остатка. 𝜷-структура – участки полипептидной цепи располагаются параллельно друг другу 𝜶-спираль и 𝜷-структура, закрученная в пространстве, напоминает клубок. Стабилизируется за счет: - Дисульфидными связями; - Сложноэфирными связями; - Солевыми мостиками. СВОЙСТВА БЕЛКОВ 1. Гидролиз В организме протекает под действием ферментов. В лабораторных условиях проводят кислотный или щелочной гидролиз. Белок Альбумозы Полипептиды Дипептиды Аминокислоты 2. Обратимое осаждение (высаливание) Белки способны осаждаться из растворов под действием этилового спирта, ацетона, солей натрия, аммония, калия и др. При этом свойства белков не меняются и при добавлении воды они снова переходит в раствор. 3. Необратимое осаждение (денатурация) При действии солей тяжеых металлов, концентрированных кислот и щелочей, радиации и УФ происходит разрушение (полное или частичное) вторичной и третичной структуры белка с потерей его природных (нативных) свойств. 4. Цветные реакции Биуретовая (на пептидные связи). Реакция с раствором соли Cu (ll) в щелочной среде. Фиолетовое окрашивание. Ксантопротеиновая (на ароматические ядра). Реакция с концентрированной азотной кислотой и дальнейшее подщелачивание. Желтое окрашивание. Цистеиновая (сульфгидрильная) (на серсодержащие остатки АК). Реакция с ацетатом свинца (ll). Осадок черного цвета. Другие реакции (специальные): Адамкевича (на индольное кольцо типтофана) Миллонова (на фенольный радикал тирозина) Паули (на имидазольное кольцо гистидина) Сакагучи (на группу аргинина) Нингидриновая (на аминогруппу) ФУНКЦИИ БЕЛКОВ. ПОЛУЧЕНИЕ И ЗНАЧЕНИЕ. Функция белков Пример Ферменты Для каждой реакции свой фермент Структурная Креатин, коллаген, эластин, альбумин, казеин Двигательная Актин, миозин Регуляторная Инсулин Рецепторная Родопсин Перенос Гемоглобин Биоэнергитическая Родопсин, цитохромы Пищевая Казеин, проламины Защитная Иммуноглобулины, белки комплемента, тромбин, фибрин, интерферон Биосинтез белков проходит в рибосомах клетки. Химический синтез носит теоретическое значение и применяется для синтеза пептидов. Синтезированные белки: инсулин, секретин, рибонуклеаза. Содержание белковых веществ в животных и растительных организмах неодинаково. В живых обычно больше. Различное содержание в разных органах и тканях. Около 50% сухой массы органических соединений живой клетки – белки.