Получение -аминокислот

Химические свойства

Изомеры и гомологи

Межклассовыми изомерами для аминокислот являются нитросоединения R—NO₂.

г о м о л о г и	NH2—CH2—COOH аминоэтановая кислота (глицин)		CH3CH2NO2 нитроэтан
2-аминопропановая кислота -аминопропановая кислота (аланин)	NH2—CH2CH2—COOH 3-аминопропановая кислота -аминопропановая кислота		CH3CH2CH2—NO2 1-нитропропан
2-аминобутановая кислота -аминобутановая кислота 2-аминомасляная кислота	3-аминобутановая кислота -аминобутановая кислота	2-амино-2-метилпропановая кислота	CH3CH2CH2CH2—NO2 1-нитробутан
	и з о м е р ы

Физические свойства: бесцветные кристаллические вещества с температурами плавления 150 - 250^oС, хорошо растворимы в воде (лучше, чем в органических растворителях), многие - сладкие.

1. Горение:

4NH₂CH₂COOH + 13O₂ 8CO₂ + 10H₂O + 2N₂

1. Взаимодействие с водой:

NH₂CH₂COOH + H₂O ⁺NH₃CH₂COOH + OH^-
NH₂CH₂COOH + H₂O NH₂CH₂COO^- + H₃O⁺ (NH₂CH₂COOH NH₂CH₂COO^- + H⁺)

Аминокислоты - амфотерные органические вещества. В водных растворах большинства аминокислот среда слабокислотная.

1. Реакции с растворами щелочей:

NH₂CH₂COOH + NaOH NH₂CH₂COO—Na⁺ + H₂O (NH₂CH₂COONa -аминоацетат натрия)

1. Реакции с растворами кислот:

2NH₂CH₂COOH + H₂SO₄ (NH₃CH₂COOH)₂SO₄ (сульфат глициния)

1. Этерификация:

NH2CH2COOH + C2H5OH

NH2CH2COOC2H5 + H2O (упрощенное уравнение реакции)

2. Конденсация:
   а) димеризация

NH2—(CH2)5—COOH + H—NH—(CH2)5—COOH		H2N—(CH2)5—CO—NH—(CH2)5—COOH	+ H2O
аминокапроновая (6-аминогексановая) кислота		димер

1. 
   б) поликонденсация

n NH2—(CH2)5—COOH		[—NH—(CH2)5—COO—] n	+ (n - 1)H2O
аминокапроновая кислота		капрон

1. 
   Группа —CO—NH— называется амидной группой, а образующиеся полимеры - полиамидами.

Полиамиды -аминокислот называются пептидами. В зависимости от числа остатков аминокислот различают дипептиды, трипептиды, полипептиды. В таких соединениях группы —CO—NH— называют пептидными группами, а связь C—N - пептидной связью.

К полипептидам относятся белки. В их молекулах присутствуют остатки не одной, а нескольких аминокислот. При гидролизе белков (в кислотной среде или под действием ферментов) образуется смесь аминокислот.

1. Из карбоновых кислот:

CH₃—CH₂—COOH + Cl₂ CH₃—CHCl—COOH + HCl
CH₃—CHCl—COOH + 3NH₃ CH₃—CH(NH₂)—COONH₄ + NH₄Cl
CH₃—CH(NH₂)—COONH₄ + HCl CH₃—CH(NH₂)—COOH + NH₄Cl

1. Гидролиз белков.
   Качественные ("цветные")реакции на белки:
   а) Ксантопротеиновая - появление желтой окпаски при взаимодействии белка с концентрированной азотной кислотой.
   б) Биуретовая - появление фиолетово-синей окраски при взаимодействии белков с гидроксидом меди(II).

Билет№33

Белки - высокомолекулярные соединения, построенные из аминокислот и являются одними из наиболее сложных по строению и составу среди всех органических соединений.

Биологическая роль белков исключительно велика: они составляют основную массу протоплазы и ядер живых клеток. Белковые вещества находятся во всех растительных и животных организмах. О запасе белков в природе можно судить по общему количеству живого вещества на инашей планете: массо белков составляет примерно 0,01% от массы земной коры, то есть 1016 тонн.

Белки по по своему элементному составу отличаются от углеводов и жиров: кроме углерода, водорода и кислорада они ещё содержат азот. Кроме того, Постоянной составной частью важнейших белковых соединений является сера, а некоторые белки содержат фосфор, железо и йод.

Свойства белков

1. Разная растворимость в воде. Растворимые белки образуют коллоидные растворы.

2. Гидролиз - под действием растворов минеральных кислот или ферментов происходит разрушение первичной структуры белка и образование смеси аминокислот.

3. Денатураиця - частичное или полное разрушения пространственной структуры, присущей данной белковой молекуле. Денатурация просходит под действием:

- высокой температуры

- растворов кислот, щелочей и концентрированных растворов солей

- растворов солей тяжёлых металлов

- некоторых органических веществ (формальдегида, фенола)

- радиоактивного излучения

Строение белков начали изучать в 19 веке. В 1888гюрусский биохимик А.Я.Данилевский высказал гипотезу о наличии в белках амидной связи. Эта мысь в дальнейшем была развита немецким химиком Э.Фишером и в его работах нашла экспериментальное подтверждение. Он предложил полипептидную теорию строения белка. Согласно эхтой теории молекула белка состоит из одной длинной цепи или нескольких полипептидных цепей, связанных друг с другом. Такие цепи могут быть различной длины.

Фишером проведена большая экспериментальная работа с полипептидами. Высшие полипептиды, содержащие 15-18 аминокислот, осаждаются из растворов сульфатом аммония (аммиачными квасцами), то есть проявляют свойства, характерные для белков. Было показано, что полипептиды расщепляются теми же ферментами, что и белки, а будучи введёнными в организм животного, подвергаются тем же превращениям, как и белки, а весь их азот выделяется нормально в виде мочевины (карбамида).

Исследования, проведённые в 20 веке, показали, что существует несколько уровней организации белковой молекулы.

В организме человека тысячи различных белков и практически все они построены ииз стандартного набора 20 аминокислот. Последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка называют первичной структурой бедка. Свойства белков и их биологические функции определяются последовательностью аминокислот. Работы по выяснению первичной структуры белка впервые были выполнены в Кембриджском университете на примере одного из простейших белков - инсулина. Втечение посте 10 лет английский биохимик Ф.Сенгер проводил анализ инсулина. В результате анализа выяснено, что молекула инсулина состоит из двух полоипептидных цепей и содержит 51 аминокислотный остаток. Он установил, что инсулин имеет молярную массу 5687 г/моль, а его химический состав отвечает формуле C254H337N65O75S6. Анализ проводился вручную с использованием ферментов, которые избирательно гидролизуют пептидые связи между определённымиаминокислотными остатками.

В настоящее время большая часть работы по определению первичной структуры белков автоматизирована. Так была установлена первичная структура фермента лизоцима.

Тип "укладки" полипептидной цепочки называют вторичной структурой. У большинства белков полипетидная цепь свёртывается в спираль, напоминающую "растянутую пружину" (называю "А-спираль" или "А-стуктура"). Еще один распространённый тип вторичной стуктуры - структура складчатого листа (называют "B - структура"). Так, белок шёлка - фиброин имеет именно такую стуктурую. Он состоит из ряда полипептидных цепей, которые располагаются параллельно друг-другу и соединяются посредством водородных связей, большое число которых делает шёлк очень гибким и прочным на разрыв.

При всём этом практически не существует белков, молекулы которых на 100% имеют "А-стуктуру" или "B - структуру".

Пространственное положение полипептидной цепи называют третичной стуктурой белкой. Большинство белков относят к глобулярным, потому что их молекулы свёрнуты в глобулы. Такую форму белок поддерживает благодяря связям между разнорзяряженными ионами (-COO- и -NH3+ и дисульфидных мостиков. Кроме того, молекула белка свёрнута так, что гидрофобные углеводородные цепи оказываются внутри глобулы, а гидрофильные - снаружи.

Способ объединения нескольких молекул белка в одну макромолекулу называют четвертичной стуктурой белка. Ярким примером такого белка может быть гемоглобин. Было установлено, что, например, для взрослого человека молекула гемоглобина состоит из 4-х отдельных полипептидных цепей и небелковой части - гема.

Свойства белков объясняет их различное строение. Большинство бедков аморфно, в спирте, эфире и хлороформе нерастворимо. В воде некоторые белки могут растворяться с образованием коллоидного раствора. Многие ьбелки растворимы в растворах щелочей, некоторые - в растворах солей, а некоторые - в разбовленном спирте. Кристаллическое состояние белов встречается редко: примером могут быть алейроновые зёрна, встречающиеся в клещевине, тыкве, конопле. Кристаллизуется такде альбумин куриного яйца и гемоглобин в крови.

При кипячении с кислотами или щелочами, а также под действием ферментов белки распадаются на более простые химические соединения, оюразуя в конце цепочки превращения свмесь A-аминикослот. Такое расщепление называется гидролизом белка. Гидролиз белка имеет большое биологическое значение: попадая в желудок и кишечник животного или человека, белок расщепляется под действием ферментов на аминокислоты. Образовавшиеся аминокислоты в дальнейшем под влиянием ферментов снова образуют белки, но уже характерные для данного организма!

В продуктах гидролиза белков кроме аминокислот были найдены углеводы, фосфорная кислота, пуриновые основания. Под влиянием некоторых факторов например, нагревания,растворов солей, кислот и щелочей, действия радиации, встряхивания, может нарушиться протранственная структура, присущая данной белковой молекуле. Денатурация может носить обратимый или необратимый характер, но в любом случае аминокислотная последовательность, то есть первичная структура, остаётся неизменной. В результате денатурации белок перестаёт выполнять присущие ему биологические функции.

Для белков известены некоторые цветные реакции, харатерные для их обнаружения. При нагревании мочевины образуется биурет, который с раствором сульфата меди в присутствии щелочи даёт фиолетовое окрашивание или качественная реакция на белок, которую можно провести дома). Биуретовую реакцию даёт вещества, содержащие амидную группу, а в молекуле белка эта группа присутствует.

Ксантопротеиновая реакция заключается в том, что белок от концентрированной азотной кислоты окрашивается в жёлтый цвет. Эта реакция указывает на наличие в белке бензольной группировки, которая имеется в таких аминокислотах, как фениланин и тирозин.

При кипячении с милоновым раективом, который представляет собой водный раствор нитрата ртути и азотистой кислоты, белок даёткрасное окрашиваниме. Эта реакция указывает на наличие в белке тирозина. При отсутствии тирозина красного окрашивания не появляется.

Билет№34

Синтетические и искусственные высокомолекулярные соединения

Природные, искусственные и синтетические высокомолекулярные соединения Высокомолекулярными соединениями называются соединения с большим молекулярным весом, выражающимся в десятках, сотнях тысяч и миллионах к. е.; другое название их, широко сейчас применяемое, хотя и менее точное, — полимеры. Молекулы высокомолекулярных соединений, имеющие значительно большие размеры, чем молекулы веществ с небольшим молекулярным весом, называются поэтому макромолекулами. Они содержат большое число чаще всего одних и тех же групп атомов, называемых элементарными звеньями. Звенья соединены друг с другом в определенном порядке ковалентными связями. Число звеньев в макромолекуле называется степенью полимеризации. Например, у природных высокомолекулярных соединений элементарными звеньями являются: у целлюлозы и крахмала — остатки глюкозы С6Н10О6 (С6Н10Ов) или целлюлоза (где п. — степень полимеризации, доходящая здесь до 10—20 тыс. у целлюлозы, а черточками обозначены связи, соединяющие звенья в макромолекулу), у природного или натурального каучука это — остатки изопрена (—СН—С = СН—СН2—)я, где п. = 2000—5000, натуральный каучук СН3 И т. д. У некоторых высокомолекулярных соединений в макромолекулах содержатся различные по составу или структуре элементарные звенья; например, у белков — остатки различных аминокислот. Характерное отличие высокомолекулярных соединений от веществ с небольшим молекулярным весом заключается в том, что у любого из высокомолекулярных соединений макромолекулы неодинаковы, так как содержат различное число элементарных звеньев. Следовательно, полимеры представляют собой сложнейшие смеси так называемых полимергомологов, отличающихся друг от друга величиной степени полимеризации, но близких по свойствам вследствие сходства строения; определяемый для полимеров молекулярный вес является, следовательно, лишь средним молекулярным весом для всех полимергомологов. С древнейших времен люди использовали для своих нужд природные высокомолекулярные соединения, содержащиеся в различных продуктах. Белки и крахмал пищевых продуктов составляли основу питания людей и домашних животных. Целлюлоза хлопка и льна, белки — фиброин шелка и кератин шерсти — применялись для изготовления тканей, а коллаген кожи —для пошива обуви. Из древесины, состоящей из целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина, сооружались жилища, мосты и т. д. В середине XIX в. началось изготовление резиновых плащей и обуви из натурального каучука. В конце XIX в. переработкой природных полимеров — причем в процессе переработки вся структура макромолекулы в целом изменяется мало, а происходит лишь превращение некоторых функциональных групп — начинают получать искусственные высокомолекулярные соединения. Такой переработке стала подвергаться прежде всего целлюлоза в ее сложные эфиры: в тринитроцеллюлозу для изготовления бездымного пороха; динитроцеллюлозу для получения пластмасс — целлулоида и др.; ацетилцеллюлозу для получения ацетатного шелка, пластмасс; получение ксантогената и регенерация из него целлюлозы лежат в основе получения вискозного волокна. Создается промышленность искусственных волокон и пластмасс. В 10-х годах XX в. впервые возникает производство синтетических высокомолекулярных соединений — синтетических феноло-формальдегидных смол для изготовления пластмасс. Синтетические высокомолекулярные соединения в отличие от искусственных получаются не путем переработки природных, а синтезом из соединений с небольшими молекулярными весами, при котором из сотен или тысяч молекул последних возникает одна макромолекула. Позже в 30-х годах под руководством С. В. Лебедева создается впервые в большом масштабе производство синтетического каучука, а в 40-х годах — производство синтетических волокон: сперва — найлона, затем — капрона и др. В последние годы вырабатывается большое число различных синтетических смол — для изготовления пластмасс и синтетических волокон — и синтетических каучуков. В настоящее время мировое производство синтетических и искусственных высокомолекулярных соединений получило большое развитие и темпы его роста в несколько раз выше, чем для производств цветных (кроме А1) и черных металлов, а также и природных полимерных продуктов. Синтетические и искусственные продукты в мировом производстве каучуков составляли в 1959 г. уже 44%, а для волокон 19,5%. Значительное увеличение выработки синтетических полимеров объясняется их ценными свойствами и связанным с этим быстрым возрастанием областей их применения, что будет рассмотрено подробнее ниже.

Дата добавления: 2015-04-24