Реферат
Амінокислоти: одержання, властивості, роль у біології
АМІНОКИСЛОТИ
Органічні сполуки, що містять в молекулі карбоксильну та аміно групи, називають- амінокислотами. Амінокислоти мають надзвичайно велике значення в органічному світі, тому що з них побудовані білкові речовини клітині, що виконують ряд інших важливих функцій в живому організмі: структурні білки, ферменти, гормони, транспортні білки, захисні, запасаючі, скорочувальні, токсини.
ІЗОМЕРІЯ. НОМЕНКЛАТУРА.
Амінокислоти називають звичайно як замісники відповідних карбонових кислот, позначаючи положення аміно групи буквами латинського алфавіта. Застосовується також систематична номенклатура, а для найпростіших- імпіричні назви:
CN2NH2-COOH амінооцтова кислота, аміноетанова кислота, глікол, гліцин.
CH3-CHNH2-COOH -амінопропіонова кислота, 2-амінопропіонова кислота, аланін.
CH3-CH2-CH-CHNH2-COOH 2-аміно-3-метилпентанова кислота
/ ізолейцин.
CH3
CH3-CHOH-CHNH2-COOH -аміно--оксимасляна, 2-амино-3-оксибутанова кислота, треонін.
Ізомерія амінокислот аналогічна ізомерії оксикислот.Вона може бути пов’язана з положенням функціональних груп та будовою вуглицевого скелета. Молекула амінокислоти може вміщувати як одну так і декілька карбоксильних груп і відповідно до цього амінокислоти відрізняються по основності.В молекулі амінокислоти може вміщувати також декілька аміногруп.
Гомологічний ряд одноосновних амінокислот необхідно б було починати з аміномурашиниї кислоти H2N-COOH. Проте ця кислота одночасно є неповним амідом карбонової кислоти.
Оцтова кислота має одну похідну амінокислоту H2N-CH2-COOH. Пролінова -дві: CH3-CHNH2-COOH -амінопропіонова кислота, (-аланін), CH2NH2-CH2-COOH -амінопропіонова кислота (-аланін)
Від масляної- три , від ізомасляної- дві:
CH3-CH2-CHNH2-COOH -аміномасляна кислота
CH3-CHNH2-CH2-COOH -аміномаслянакислота
CH2NH2-CH2-CH2-COOH -аміномасляна кислота
Від ізомасляної:
-аміноізомасляна кислота
-аміноізомасляна кислота H2N-CH2-CH-COOH
/
CH 3
ШЛЯХИ ОТРИМАННЯ АМІНОКИСЛОТ.
Розроблено багато шляхів отримання -амінокислот. Найважливіші з них три:
1.Дія аміака на солі хлорзамісних кислот:
NH2-H+CL-CH2-COONH4------HCL---NH2-CH2COOHNH4
Дією аміака та ціанової кислоти на альдегіди(реакція Штрекера). Ціановодень приєднується до аміду що утворюється спершу, утворений нітрил -амінокислоти омилюють та отримують -амінокислоту:
CH3-C=O ----+HN3-----H2O--CH3-CH=NH--+HCN-CH3-CH-CN--+HOH: H2---NH3
/ /
H NH2
CH3-CH-COOH
/
NH 2
3.-Амінокислоти також можна синтезувати з аміномалинового ефіра за наступною схемою:
NO-CH(COOR)2
CH2(COOR)2—R*ONO---R*OH --+H2-NiNH2-CH(COOR)2—C6H5OCL--HCL
HON=C(COOR)2
C6H5CO-NH-CH(COOHR)2--+RONa---ROH-C6H5CO-NH-C(COOR)2Na+--R*I---NaI--C6H5CONH-CR*(COOR)2—H+, HOH—C6H5COOH-NH-CR*(COOH)2 ----CO2-NH2-CHR*-COOH
При гідролізі білків отримано близько 25 різноманітних амінокислот. Розділення такої суміші являє собою вкрай складну операцію.Проте звичайно одна або дві амінокислоти отримуються в більших кількостях і ці кислоти вдається виділити досить просто. Останнім часом навчились так порушувати життєдіяльність деяких мікроорранізмів, що вони замість накопичення білка починають продукувати одну яку-небудь задану амінокислоту. Таким хляхом в промисловості отримують харчовий лізин. Із субстракта лізин виділяють з допомогою йоннообмінних смол.
Шляхи отримання -амінокислот. Найбільш важливими є наступні два способи отримання цих кислот:
Приєднання аміака до відповідних кислот. Аміак до олефінів без каталізаторів не приєднується. Приєднання тут проходить так як і інші реакції ,-ненасичених кислот, ане заправилом Марковникова:
CH2=CH-COOH --+2NH3NH2-CH2-CH2-COONH4
2.Велика кількість амінокіслот була синтезована В.М.Родіоновим з малинової кислоти: CH2-CHO+CH2(COOH)2--+NH3CH3-CH-NH2-CH2COOH+H2O+CO2
Ця реакція схожа з реакцією отримання -оксикислот з альдегидів. Можливо, що проміжними продуктами тут є оксисполуки, проте механізм цієї реакції до кінця ще не з’ясовано.
Шляхи отримання інших амінокислот. Амінокислоти з більш віддаленими одна від одної функціональними групами отримують дією аміака на галогенпохідні кислот, відновленням неповних нітрилів двохосновних кислот з допомогою бекмановского перегрупування наприклад:
H2C CH2 H2C CH2
H2C C=O –H2N-OH--HOH H2C C=N-OH--H2SO4
H2C CH2 H2C CH2
циклогексанон циклогексаноноксим
H2C CH2 OH H2C CH2
CO
H2C С=N H2C NH
H2C CH2 H2C CH2
капролактам
Капролактам при гідролізі утворює - або -амінокапронову кислоту, а при нітруванні з подальшим відновленням- лактам 2,6-диамінокапронову кислотую(лізин).
Фізичні властивості.
Амінокислоти-безбарвні кристалічні речовини з високими температурами плавлення, які мало відрізняються для цих кислот і тому не характерні. Плавлення супроводжується розкладом речовини. У воді амінокислоти є добрерозчинними. Водні розчини одноосновних амінокислот майже завжди мають майже нейтральну реакцію.
Високі температури плавлення, відсутність в спектрі ліній, характерних для карбоксильної та аміно групи, та деякі інші властивості амінокислот пояснюються їх будовою. Амінокислоти являють собою внутрішні солі (біполярні іони):+NH3-CH2-CO-O-Такий іон в кислому середовищі поводить себе як катіон, так як пригнічується дисоціація карбоксильної групи; а в лужній - як аніон: +NH3-CH2-COOH+HOH- +NH3-CH2-COOHO-H+NH2-CH2-COO-
В ізоелектричній точці, коли концентрація катіонів та аніонів рівні, конценотрація біполярного іона максимальна і рух його в електричному полі не відбувається. Положення рівноваги залежить від pH середовища.
Більшість природніх амінокислот оптичноактивні вналлідок наявності асемитричного атома карбону. В пироді розповсюджені кислоти L-ряду.
ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ.
Подібно до інших сполук із змішаними функціональними групами амінокислоти проявляють властивості як кислот так і амінів. Проте в ланцюзі перетворень сильно впливає наявність двох груп.
Амінокислоти утворюють солі з лугами. Солі -амінокислот з тяжкими металами можуть мати комплексний характер. Таку будову мають наприклад інтенсивно сині солі міді: CH2-NH2 O CO
Cu
CO O NH2-CH2
2.Подібно до інших кислот амінокислоти утворюють складні ефіри, хлорангідриди, аміди і т. д.
3.Амінокислоти утворюють солі з неорганічними кислотами наприклад(H3N+-CH2-COOH)-CL.Ці солі звичайно добре кристалізуються.
4.При дії азотистої кислоти амінокислоти утворюють оксикослоти:
H2N-CH2COOH—HNO2 N2+H2O+HOCH2-COOH
Ефіри амінокислот утворюють при цьому досить стійкі діазосполуки:
CH2-CH2-COOC2H5—HNO2---2H2ON2CH-COOC2H5
Діазооцтовий (етиловий) ефір має наступну будову:
NN+--CH-COOC2H5-N=N+=CH-COOC2H5
Він використовується при органічному синтезі.
5.Аміногрупа в амінокислотах легко ацілюється при дії ангідридів або галогенангідридів кислот:
CH2NH2 CH2-NH-COCH3
/ +(CH3CO)O2 / +CH3COOH
COOH COOH
6.При алкіруванні аміногрупи утворюються вторинні, третинні амінокислоти та зрештою чотирьохзамісні амонійні луги. Внутрішні солі таких лугів називають бетаінами.
7. В залежності від положення аміногрупи по відношенню до карбоксилу амінокислоти поводять себе порізному:
1) -амінокислоти утворюють дикетопіперазини:
CH3-CH-CO---OH CH3-HC-CO
|
H-NH+NH—H NH NH+2H2O
|
НO—CO-CH-CH3 OC-CH-CH3
-амінокислоти відщеплюють аміак і дають амонійну сіль ненасиченої кислоти. Причиною такої реакції є рухливість водневих атомів в сусідстві з карбоксильною групою:
CH2-CH-COOH
І | CH2=CH-COOONH4
NH2 H
3)-,-амінокислоти уворюють при нагріванні внутрішні аміди -лактами:
H2C CH2 H2C CH2
H2C CO -H2O H2C CO
HN---H OH NH