Аминокислоты – соединения, содержащие в своем составе амино- и карбоксильную группу

Значение аминокислот невозможно переоценить. В результате многолетних исследований было установлено, что белки – растительного, животного и микробного происхождения – построены из одних и тех же α-аминокислот, и только из α-аминокислот. Впечатляющее многообразие белков (а известны многие тысячи) объясняется с одной стороны варьированием количества α-аминокислот, с другой – взаимным расположением аминокислот.

Аминокислоты – одни из самых главных веществ живой природы. В настоящее время известно около 150 природных аминокислот, но только немногим более 20 из них являются важнейшими, так как из них построены главные «молекулы жизни» – белки.

Классификация, номенклатура, изомерия.

Аминокислоты – это производные УВ, содержащие аминогруппы (–NH₂) и карбоксильные группы:

Общая формула (NH₂)m R(COOH)n, где m и n чаще всего равны 1 или 2. Аминокислоты – соединения со смешанными функциями.

1. По числу функциональных групп:

2. По положению аминогруппы:

Остатки около 20 α-аминокилот входят в состав белков.

3. По строению УВ радикала аминокислоты делят на:

– алифатическая, например:	CH3–CH2–CH–C=O | | NH2 OH
– ароматические, например:

Для аминокислот используют:

- трививальные названия;

- рациональные названия – производят от названий соответствующей карбоновой кислоты, обозначая аминогруппу префиксом амино-, а карбоксильную группу как старшую – суффиксом –овая кислота.

Изомерия аминокислот обусловлена взаимным расположением аминогруппы и карбоксильной группы в открытой углеродной цепи или цикле. Алифатические аминокислоты подразделяются на α-, β-, γ-аминокислоты и т.д.

Ароматические аминокислоты существуют в виде орто-, мета- и пара-изомеров.

о-аминобензойная кислота	m-аминобензойная кислота	n-аминобензойная кислота

Способы получения.

Исходными соединениями для получения аминокислот служат карбоновые кислоты, в молекулы которых вводится аминогруппа:

а) из галогенозамещенных кислот – галоген замещается на аминогруппу (по механизму нуклеофильного замещения):

CH₃–CH–COOH + 2NH₃ → CH₃–CH–COOH + NH₄Br

| |

Br NH₂

2-бромпропановая кислота 2-аминопропановая кислота

б) из альдегидов:

CH₃–C=O CH₃–CH–C≡N CH₃–CH–C=O

| | | |

H NH₂ NH₂ OH

ацетальдегид 2-аминопропанонитрил 2-аминопропанования кислота

Эти оба метода используют в основном для получения α-аминокилот.

в) гидролиз белков – получают смесь α-аминокислот, из которой с помощью специальных методов выделяют отдельные чистые аминокислоты;

г) из непредельных кислот – при взаимодействии α, β-ненасыщенны кислот с аммиаком образуются β-аминокислоты:

CH₂=CH–COOH H₂N–CH₂–CH–COOH

|

H

акриловая кислота β-аланин

Химические свойства.

↓ ↓

основные свойства кислотные свойства

(свойства аминов) (свойства карбоновых кислот)

амфотерные свойства

I. Взаимодействие с основаниями и кислотами:

а) как кислота (за счет карбоксильной группы):

CH₂–C=O + NaOH → CH₂–C=O + H₂O

| | | |

NH₂ OH NH₂ O–Na

глицин

б) как основание (за счет аминогруппы):

CH₂–C=O^δ+ + H^δ-–Cl → CH₂–C=O ⁺ Cl^-

| | | |

NH₂ OH NH₂ O–Na

глицин

II. Образование внутренних солей (внутримолекулярное взаимодействие):

а) моноаминомонокарбоновые кислоты (нейтральные кислоты):

R–COOH ↔ R–COO^- + H⁺ ↔ R–COO^-

| | |

NH₂ NH₂ NH₃⁺

pH = 7 внутренняя соль (биполярный ион)

б) в зависимости от расположения функциональных групп в молекуле реакция может протекать межмолекулярно или внутримолекулярно:

- α-аминокислоты превращаются при нагревании в дикетопиперазины – устойчивые шестичленные циклы:

α-аланин		2,5-диметил-3,6-дикетопиперазин

- β-аминокислоты при нагревании легко отщепляют аммиак, образуя α,β-непредельные кислоты:

β α

CH₂–CH–COOH CH₂=CH–COOH

| |

NH₂ H

β-аланин акриловая кислота

- γ-аминокислоты при нагревании могут принимать клешневидную конформацию; за счет сближения карбоксильной и аминогруппы протекает внутримолекулярная реакция с образованием лактамов:

		γ-бутиролактам

III. Взаимодействие аминокислот друг с другом – образование пептидов:

У дипептидов имеют свободные группы – амино- и карбоксильная, поэтому они могут взаимодействовать еще с одной молекулой аминокислоты, образуя трипептид и далее тетрапептид и т.д.

Связь –С–N– называют пептидной (амидной).

|| |

O H

Некоторые аминокислоты нормального строения применяются для получения синтетических полипептидов (полиамидных волокон). Например, при поликонденсации ε-аминокапроновой кислоты получают полимер – капрон.

O O O O H O H O

|| || || || | || | ||

NH–(CH₂)₅–C + NH–(CH₂)₅–C + NH–(CH₂)₅–C …→ nH₂O + NH–(CH₂)₅–C–N–(CH₂)₅–C–N–(CH₂)₅–C–

| | | | | |

H OH H OH H OH

Вопросы для контроля:

1. Какие вещества называются аминокислотами?

2. Как можно классифицировать аминокислоты?

3. Какие вам известны способы получения аминокислот?

4. В каких реакциях проявляются амфотерные свойства аминокислот? Приведите примеры.

5. Как будут действовать на индикаторы (лакмус, метиловый оранжевый) растворы:

- аланина: CH₃–CH–C=O (α-аминопропионовая кислота)

| |

NH₂ OH

- лизина:CH₂–(CH₂)₃–CH–C=O (α,ε-диаминокапроновая кислота)

| | |

NH₂ NH₂ OH

- аспаргановая:O=C–CH₂–CH–C=O (аминобутандионовая кислота)

| | |

OH NH₂ OH

6. Что такое пептидная (амидная) связь?

Вопросы и задачи для самостоятельной работы:

1. Напишите уравнения реакций взаимодействия аланина:

а) с гидроксидом натрия;

б) с гидроксидом аммония;

в) с хлорводородной кислотой.

2. Назовите следующие дипептиды:

а) H₂N–CH–CO–NH–CH–COOH

| |

CH₃ CH₃

б) H₂N–CH–CO–NH–CH₂–COOH

|

CH₃

в)

3. Напишите структурные формулы и назовите дипептиды, которые могут быть получены из следующих аминокислот:

а) глицина и фенилаланина;

б) аланина и валина;

в) аланина и аланина.

4. Сколько литров 10% раствора NaOH (ρ = 1,1 г/мл) потребуется для нейтрализации аминоуксусной кислоты, полученной из карбида кальция массой 320 г?

5. Каким изменениям подвергаются при нагревании 2-амино-, 3-амино- и 4-аминобутановая кислоты? Подтвердите записями уравнений реакций.

Приложение 1.