Химические свойства аминокислот

СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВ АМИНОКИСЛОТ

По физическим и ряду химических свойств аминокислоты резко отличаются от соответствующих кислот и оснований (см. табл. 1 и 2). Они лучше растворимы в воде, чем в органических растворителях; хорошо кристаллизуются; имеют высокую плотность и исключительно высокие температуры плавления (часто разложения). Эти свойства указывают на взаимодействие аминных и кислотных групп, вследствие чего аминокислоты в твердом состоянии и в растворе (в широком интервале рН) находятся в цвиттер-ионной форме. Например, для глицина кислотно-основное равновесие:

Реакции по карбоксильным группам аминокислот, аминогруппа которых защищена ацилированием или солеобразованием, протекают аналогично превращениям карбоновых кислот. Аминокислоты легко образуют соли,сложные эфиры. амиды, гидразиды, азиды, тиоэфиры, галогенангидриды, смешанные ангидриды и т.д. Эфиры аминокислот под действием натрия или магнийорганических соединений превращаются в аминоспирты. При сухойперегонке в присутствии Ва(ОН)₂ аминокислоты декарбоксилируются.

Реакции аминогрупп аминокислот аналогичны превращениям аминов. Аминокислоты образуют соли с минеральными кислотами и пикриновой кислотой, легко ацилируются хлорангидридами кислот в водно-щелочном растворе (реакция Шоттена-Баумана) и алкилируются алкилгалогенидами. Метилиодид и диазометан превращают аминокислоты вбетаины (CH₃)₃N⁺CHRCOO^-. С формалином аминокислоты дают мегилольные или метиленовые производные, а в присутствии муравьиной кислоты или каталитически активированного Н₂ - N,N-диметиламинокислоты. Под действием HNO₂ ароматические аминогруппы диазотируются, а алифатические замещаются на гидроксил. При обработке эфиров аминокислоты изоцианатами и изотиоцианатами образуются производные мочевины и тиомочевины. При нагревании ссодой или при одновременном воздействии алкоголята и СО₂ аминокислоты дают соли или эфиры N-карбоксипроизводных аминокислот, а при использовании CS₂-аналогичные дитиокарбаматы.

Реакции с одновременным участием групп NH₂ и СООН наиболее характерны для α-аминокислот, которые способны образовывать устойчивые 5-членные гетероциклы. С ионами переходных металлов (Си, Zn, Ni, Co, Pb, Ag, Hg, Cr) α-аминокислоты образуют прочные хелатные комплексы, что используется в комплексонах и в комплексообразующих ионообменных смолах на основе аминокарбоновых и аминофосфоновых кислот. При взаимодейсвтии с фосгеном α-аминокислоты превращаются в циклические ангидриды N-карбоксиаминокислот (ф-ла I), а при нагревании с уксусным ангидридом или ацетилхлоридом - в азлактоны (II); нагревание аминокислоты с мочевиной или обработкаизоцианатами дает гидантоины (III), а при использовании α-аминокислот, и особенно легко их эфиры, при нагревании превращаются в 2,5-пиперазиндионы, или дикетопиперазины (V). β-аминокислоты при нагревании дезаминируются и образуют α,β-ненасыщенные кислоты, γ- и δ-аминокислоты отщепляют воду и образуют 5- и 6-членные лактамы. ε-аминокапроновая кислота при нагревании образует в основном полиамид и лишь частично превращается в капролактам, что характерно и для аминокислот с большим числом метиленовых звеньев между функциональными группами. Бетаины α-аминокислот при нагревании могут обратимо превращаться в эфиры диметиламинокислот, например:

Наибольший интерес представляют 20 L-α-аминокислот (аланин, аргинин, аспарагин и другие), входящих в состав белковых молекул. Смеси L-аминокислот, а также индивидуальные аминокислоты (например, метионин) применяют в медицине для парэнтерального питания больных с заболеваниями пищеварительных и других органов, при нарушениях обмена веществ и др.; лизин, метионин, треонин, триптофан - в животноводстве для обогащения кормов; глутамат натрия и лизин - в пищевой промышленности. ω-аминокислоты и их лактамы служат для промышленного производства полиамидов. γ-аминомасляная кислота (аминалон) - медиатор в центральной нервной системе, применяется как лекарственное средствово при сосудистых заболеваниях головного мозга. Ароматические аминокислоты используют в синтезе красителей и лекарственных средств. На основе аминокарбоновых и аминофосфоновых кислот синтезируют селективные комплексоны, комплексообразующие иониты, лигандообменные сорбенты, ПАВ.

30.Мезомерный эффект заместителей.

Мезомерный эффект (эффект сопряжения, резонансный эффект) — смещение электронной плотности химической связи по π-связям. Объясняется теориейхимического резонанса.

Возникновение мезомерного эффекта связано с изменением профиля π-системы молекулы. Исходная π-система перекрывается с π-системой или p-орбиталью заместителя, в результате чего возникает перераспределение электронной плотности. Именно последнее определяет наличие +М- или -М-эффекта. Знак, как и в случае индуктивного эффекта определяется прибавлением электронной плотности и противоположен знаку параметра заместителя σ в уравнении Гаммета.

-М эффект

В отличие от индуктивного эффекта мезомерный эффект слабо затухает по системе связей, с тем лишь отличием, что в данном случае необходима система кратных связей и p-орбиталей.

Наиболее характерными +М-группами являются группы, вносящие неподелённые электронные пары в сопряжённую систему, такие как амино-, гидрокси-, алкоксигруппы, галогены;

Винилхлорид +М-эффект

Аллил-катион -М-эффект

группы с -М-эффектом содержат кратные связи с гетероатомами. Можно привести аналогию с разными типами атомов азота в гетероциклах:

· для +М характерны пиррольные гетероатомы;

· для -М характерны пиридиновые гетероатомы.

-М-группами являются карбонильная группа, цианогруппа и т. п.

Группы с системой сопряжённых углерод-углеродных связей, таких как фенильная и винильная группы, занимают промежуточное положение с так называемым ±М-эффектом и проявляют эффект, противоположный эффекту группы, с которой связаны, усиливая его.

Важная особенность мезомерного эффекта - альтернирующий характер обусловливаемой им поляризации. Так, + М-эффект группы ОН приводит к увеличению электронной плотности в орто- и пара -положениях бензольного кольца (формула I), чем и объясняется электрофильное замещение только по этим положениям. Заместители с -М-эффектом понижают электронную плотность в орто- и пара -положениях бензольного кольца (II); этим объясняется электрофильная атака в мета-положения таких молекул.

31.Пептиды.

Пептиды (греч. πεπτος — питательный) — семейство веществ, молекулы которых построены из двух и более остатковаминокислот, соединённых в цепь пептидными (амидными) связями —C(O)NH—. Обычно подразумеваются пептиды, состоящие из α-аминокислот, однако термин не исключает пептидов, полученных из любых других аминокарбоновых кислот.^[1]

Пептиды, последовательность которых короче примерно 10-20 аминокислотных остатков могут также называтьсяолигопептидами, при большей длине последовательности они называются полипептидами. Белками обычно называют полипептиды, содержащие примерно от 50 аминокислотных остатков.^[2]

В 1900 году немецкий химик-органик Герман Эмиль Фишер выдвинул гипотезу о том, что пептиды состоят из цепочки аминокислот, образованных определёнными связями. И уже в 1902 году он получил неопровержимые доказательства существования пептидной связи, а к 1905 году разработал общий метод, при помощи которого стало возможным синтезировать пептиды в лабораторных условиях.

Постепенно учёные изучали строение различных соединений, разрабатывали методы разделения полимерных молекул на мономеры, синтезировали все больше и больше пептидов. На сегодняшний день известно более 1500 видов пептидов, определены их свойства и разработаны методы синтеза.

· Полипептиды могут иметь в молекуле неаминокислотные фрагменты, например углеводные остатки.

· Природные и синтетические полипептиды с молекулярной массой более 5000^[3](6000^[4])-10000^[5][6] дальтон называютбелками.

Пептиды постоянно синтезируются во всех живых организмах для регулирования физиологических процессов. Свойства пептидов зависят, главным образом, от ихпервичной структуры — последовательности аминокислот, а также от строения молекулы и её конфигурации в пространстве (вторичная структура).

Пептидная (амидная) связь — это вид химической связи, которая возникает вследствие взаимодействия α-аминогруппы одной аминокислоты и α-карбоксигруппы другой аминокислоты. Амидная связь очень прочная, и в нормальных клеточных условиях (37 °C, нейтральный ph) самопроизвольно не разрывается. Пептидная связь разрушается при действии на неё специальных протеолитических ферментов (протеаз, пептидгидролаз).

Синтез пептидов [править | править исходный текст]

Образование пептидов в организме происходит в течение нескольких минут, химический же синтез в условиях лаборатории — достаточно длительный процесс, который может занимать несколько дней, а разработка технологии синтеза – несколько лет. Однако, несмотря на это, существуют довольно весомые аргументы в пользу проведения работ по синтезу аналогов природных пептидов. Во-первых, путём химической модификации пептидов возможно подтвердить гипотезу первичной структуры. Аминокислотные последовательности некоторых гормонов стали известны именно благодаря синтезу их аналогов в лаборатории.

Во-вторых, синтетические пептиды позволяют подробнее изучить связь между структурой аминокислотной последовательности и её активностью. Для выяснения связи между конкретной структурой пептида и его биологической активностью была проведена огромная работа по синтезу не одной тысячи аналогов. В результате удалось выяснить, что замена лишь одной аминокислоты в структуре пептида способна в несколько раз увеличить его биологическую активность или изменить её направленность. А изменение длины аминокислотной последовательности помогает определить расположение активных центров пептида и участка рецепторного взаимодействия.

В-третьих, благодаря модификации исходной аминокислотной последовательности, появилась возможность получать фармакологические препараты. Создание аналогов природных пептидов позволяет выявить более «эффективные» конфигурации молекул, которые усиливают биологическое действие или делают его более продолжительным.

В-четвёртых, химический синтез пептидов экономически выгоден. Большинство терапевтических препаратов стоили бы в десятки раз больше, если бы были сделаны на основе природного продукта.

Зачастую активные пептиды в природе обнаруживаются лишь в нанограммовых количествах. Плюс к этому, методы очистки и выделения пептидов из природных источников не могут полностью разделить искомую аминокислотную последовательность с пептидами противоположного или же иного действия. А в случае специфических пептидов, синтезируемых организмом человека, получить их возможно лишь путём синтеза в лабораторных условиях.

32.Химическое строение и структурная изомерия.

Изомерия (от др.-греч. ἴσος — «равный», и μέρος — «доля, часть») — явление, заключающееся в существовании химических соединений (изомеров), одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам.

Структурная изомерия[править | править исходный текст]

Структурная изомерия — результат различий в химическом строении. К этому типу относят:

Дата добавления: 2015-04-24