Свойства аминокислот: амфотерность, реакция по аминогруппе и карбоксилу.

Реферат

Тема: Аминокислоты.

Выполнил: Денис Курицын 10 «Б»

 

 

Содержание.

1.Классификация аминокислот.

2.Свойства аминокислот: амфотерность, реакция по аминогруппе и карбоксилу.

3. - аминокислоты, их роль в природе.

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:

 

	CH3CH2­CHCOOH ç NH2 -аминомасляная кислота		CH2CH2COOH ç NH2 -аминопропионовая кислота		CH2CH2­CH2COOH ç NH2 -аминомасляная кислота

 

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.

Таблица 1. 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
Аланин	Ala	H2NCH(CH3) COOH		16,6
Валин	Val	H2NCHCOOH ï CH(CH3)2		8,85
Лейцин	Leu	H2NCHCOOH ï CH2CH(CH3)2		2,2
Изолейцин	He	H2NCHCOOH ï CH3 ─ CH ─ C2H5		4,12
Фенилаланин	Phe	H2NCHCOOH ï CH2C6H5	283 (разл.)	―
Моноаминодикарбоновые кислоты и их амиды
Аспарагиновая кислота	Asp(D)	H2NCHCOOH ï CH2COOH		0,5
Аспарагин	Asn(N)	H2NCHCOOH ï CH2CONH2		2,5
Глутаминовая кислота	Glu(E)	H2NCHCOOH ï CH2CH2COOH		0,84
Глутамин	Gln(Q)	H2NCHCOOH ï CH2CH2CONH2		4,2
Диаминомонокарбоновые кислоты
Орнитин(+)	Orn	H2NCHCOOH ï CH2CH2CH2 NH2		―
Лизин	Lys(K)	H2NCHCOOH ï CH2CH2CH2 CH2NH2		Хорошо растворим
Аминокислоты
Аргинин	Arg®	H2NCHCOOH ï CH2 ï CH2CH2 NH ─ C ─ NH2 ║ NH
Гидроксиаминокислоты
Серин	Ser(S)	H2NCHCOOH ï CH2OH
Треонин	Tre(T)	H2NCHCOOH ï CH2 (OH)CH3		20,5
Тирозин	Tyr(Y)	H2NCHCOOH ï CH2C6H4OH-n		―
Тиоаминокислоты
Метионин	Met(M)	H2NCHCOOH ï CH2CH2SCH3		3,5
Цистин	(Cys)2			0,011
Цистеин	Cys©	H2NCHCOOH ï CH2SH		Хорошо растворим
Гетероциклические аминокислоты
Триптофан	Try(W)	H2NCHCOOH ï H2C     NH		1,14
Пролин	Pro(P)	H2C CH2 ï ï H2C CHCOOH   NH		16,2
Оксипролин	Opr	HOHC CH2 ï ï H2C CHCOOH   NH		36,1
Гистидин	His(H)	NH2CHCOOH ï H2C ―C ―― CH ï ï N NH   CH		4,3

 

 

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:

CH2―HN2―NH2―CH2 ï ï CO―O―Cu―O―CO

 

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

Эта реакция совершенно аналогична реакции образования спиртов при действии азотистой кислоты на первичные амины.

6. С галоидангидритами кислот аминокислоты образуют вещества, которые одновременно являются и аминоксилотами и амидами кислот. Так, при действии хлористого ацетила на аминоуксусную кислоту образуется ацетиламиноуксусная килослота:

 

CH₃COСℓ + NH₂CH₂COOH СH₂CONHСH₂COOH + HCℓ

ацетиламиноуксусная килослота

 

Ацетиламиноуксусную кислоту можно рассматривать и как производное аминоуксусной кислоты, в молекуле которой атом водорода аминогруппы замещен ацетилом CH₃CO- и как ацетамид, в молекуле которого атом водорода аминогруппы замещен остатком уксусной кислоты -CH₂COOH.

7. -Аминокислоты принагревании легко отщепляют воду,

причем из двух молекул аминокислоты выделяются две молекулы воды и образуются дикетопиперазины:

CH2―СO―OH H―NH CH2―СO―NH ï ï ï ï + 2H2O NH―H HO―CO―CH2­ NH―CO ―CH2

 

 

Дикетопиперазины-циклические соединения, кольцо которых образовано четырьмя атомами углерода и двумя атомами азота. Дикетопиперазины - твердые, хорошо кристаллизующиеся вещества.

CH2―СH―COOH ï ï CH2 = CH―COOH + NH2 NH2 H - Аминопропиновая кислота акриловая кислота

- Аминокслоты при нагревании теряют аммиак, переходя в непредельные кислоты:

 

- Аминокслоты легко отщепляют воду, образуя лактамы:

CH2―СH2―CH2―CO CH2―СH2―CH2―CO ï ï ï ï + 2H2O NH―H HO NH

 

 

Лактамы можно рассматривать как внутренние амиды.

8. Аминокислоты образуют сложные эфиры при действии хлористого водорода на них спиртовые растворы. При этом, разумеется, образуется солянокислые соли эфиров, из которых свободные эфиры можно получить, удаляя хлористый водород окисью серебра, окисью свинца или триэтиламином:

 

+ +

NH₃—CH₂—C—O^– + C₂H₅OH + HCℓ NH₃—CH₂—C—OC₂H₅ Cℓ^–

║ ║

O O

+

2 NH₃—CH₂—C—OC₂H₅ Cℓ^– + Ag₂O NH₂—CH₂—C—OC₂H₅ + 2AgCℓ^– + H₂O

║ ║

O O

 

Эфиры обычных аминокислот - жидкости, перегоняющиеся в вакууме. Именно этерификацией суммы аминокислот, получающихся в результате гидролиза белка, разгонкой в вакууме и последующим гидролизом Э.Фишер выделил индивидуальные аминокислоты и дал способ установления аминокислотного состава белков.

9. При действии пятихлористого фосфора на аминокислоты образуются солянокислые соли хлорангидридов аминокислот, довольно неустойчивые соединения, при отщеплении HCℓ образующие совсем неустойчивые свободные хлорангидриды:

 

 

+ +

NH₃—CH₂—C—O^– + PCℓ₅ NH₃—CH₂—C—Cℓ Cℓ^– + POCℓ₃

║ ║

O O

10. Аминокислоты ацилируются по аминогруппе:

+

NH₂—CH₂—C—O^– + CH₂—C O CH₃—C—NH—CH₂—C—OH + CH₃—C—OH

║ ║ ║ ║ ║

O O ₂ O O O

ацетилгликокол

+

NH₂—CH₂—C—O^– + C₆H₅—C—Сℓ C₆H₅—C—NH—CH₂—C—OH + HСℓ

║ ║ ║ ║

O O O O

бензоилгликокол

(гиппуровая кислота)

Образующаяся в последней из написанных реакций гиппуровая кислота – вещество, в виде которого травоядные животные выделяют с мочой небезвредную бензойную кислоту, попадающую в организм с пищей.

11. Аминокислоты можно алкилировать по аминогруппе. Алкилированием глицина получается метиламиноуксосная кислота-саркозин

+ +

NH₃—CH₂—C—O^– + CH₂I CH₃NH₂—CH₂—C—O^– + HI

║ ║

O O

саркозин

 

которая в связанном виде содержится в некоторых белках

При избытке иодистого метила образуется замещенная на четвертичноаммониевую группировку уксусная кислота

+ +

NH₃—CH₂—C—O^– + 3CH₃I (CH₃)₃N—CH₂—C—OH I^– + 2HI

║ ║

O O

от которой можно отщепить HI и получить бетаин, лучше синтезируемый из триметиламина и хлоруксусной кислоты:

+

(СH₃)₃N + CℓCH₂—C—ONa (CH₃)₃N—CH₂—C—O^– + NaCℓ

║ ║

O O

бетаин

Бетаин, получивший свое название от свеклы(Beta vulgaris), в соке которой он находится, дал название и всему классу внутренних солей, в которых анион и катион связаны внутри одной молекулы. В этом смысле говорят о бетаинобразной структуре самих аминокислот:

 

+ +

H₃N—CH₂—C—O^– (CH₃)₃N—CH₂—C—O^–

║ ║

O O

Бетаины обладают большим дипольным моментом и солеобразны (тверды, нелетучи, водорастворимы).