Вопрос 58. Гидрокси- и аминокислоты как гетерофункциональные соединения. Реакции α-аминокислот со щелочами, спиртами, формальдегидом, соляной кислотой, гидроксидом меди (ιι), дезаминирование.
61.Реакции α,- β-,γ-амино- и гидроксикислот, протекающие при нагревании. Формольное титрование, его значение. Качественные реакции на α-аминокислоты.
При взаимодействии альфа-аминокислот с альдегидами образуются замещенные имины (основания Шиффа) через стадию образования карбиноламинов. Реакция с формальдегидом лежит в основе количественного определения альфа-аминокислот методом формольного титрования (метод Сёренсена).
Качественные реакции. Особенность химии аминокислот и белков заключается в использовании многочисленных качественных (как правило, цветных) реакций, составлявших ранее основу химического анализа. В настоящее время, когда исследование проводится с помощью физико-химических методов, многие качественные реакции продолжают применяться для обнаружения альфа-аминокислот в хроматографическом анализе. Общая качественная реакция альфа-аминокислот реакция с нингидрином. Продукт нингидринной реакции имеет сине-фиолетовый цвет, что используется для визуального обнаружения аминокислот на хроматограммах (на бумаге, в тонком слое), а также спектрофотометрического определения с помощью аминокислотных анализаторов (продукт поглощает свет в области 550—570 нм).
Для обнаружения пептидных связей в пептидах и белках служит биуретовая реакция, в которую вступают все пептиды и белки, содержащие по крайней мере две такие связи. Существует также ряд частных реакций, позволяющих обнаруживать отдельные аминокислоты или группы родственных аминокислот. Триптофан обнаруживают при помощи реакции с пара-диметиламинобензальдегидом в среде серной кислоты по появляющемуся красно-фиолетовому окрашиванию (реакция Эрлиха). Эта реакция используется для количественного анализа триптофана в продуктах расщепления белков. Цистеин обнаруживается с помощью нескольких качественных реакций основанных на реакционной способности содержащейся в нем меркаптогруппы. Например, при нагревании раствора белка с ацетатом свинца (СН3СОО)2Рb в щелочной среде образуется черный осадок сульфида свинца РbS, что указывает на присутствие в белках цистеина. Для обнаружения ароматических и гетероциклических аминокислот используется ксантопротеиновая реакция (реакция на фенилаланин тирозин, гистидин, триптофан). Например, при действии концентрированной азотной кислотой на тирозин образуется нитросоединение окрашенное в желтый цвет. При добавлении к нему щелочи окраска становится оранжевой в связи с ионизацией фенольной гидроксильной группы и увеличением вклада аниона в сопряжение.
62.Аминокислоты: строение, классификация, номенклатура. Стереоизомерия α-аминокислот. Кислотно-основные свойства: биполярный ион, изоэлектрическая точка, взаимосвязь рН и pJ; расчет изоэлектрической точки; рКа1, рКа2, рКа3
Незаменимые альфа-аминокислоты – валин, лейцин, изолейцин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан.
Значение рН, при котором концентрация диполярных ионов максимальна, а минимальные концентрации катионных и анионных форм аминокислоты равны, называется изоэлектрической точкой. Значение рI в общем случае вычисляется по формуле pI = ½(pKa(n) + pKa(n+1)) где n — максимальное число положительных зарядов в полностью протонированной аминокислоте. В изоэлектрической точке суммарный заряд молекулы аминокислоты равен 0. Диполярные ионы не перемещаются в электрическом поле. При значениях рН среды ниже значения рI катион альфа-аминокислоты (аммониевая форма) движется к катоду; при рН выше, чем рI, ацилат-ион альфа-аминокислоты перемещается к аноду. На этом основано разделение аминокислот методом электрофореза.
Большинство аминокислот содержит в молекуле один асимметрический атом углерода и существует в виде двух оптически активных энантиомеров и одного оптически неактивного рацемата. Почти все природные альфа-аминокислоты принадлежат к L-ряду.
Аминокислоты — изолейцин, треонин, 4-гидроксипролин — содержат в молекуле по два центра хиральности. Эти аминокислоты могут существовать в виде четырех диастереомеров, представляющих собой две пары энантиомеров, каждая из которых образует рацемат. Из этих четырех стереоизомеров для построения белков человеческого организма используется только один.
Вопрос 61.Химические свойства α-аминокислот: образование внутрикомплексных соединений, этерификация, ацилирование, алкилирование, образование иминов, отношение к нагреванию ( специфическая реакция циклизации). Формольное титрование, его значение
Образование эфиров. При этерификации аминокислот спиртами в присутствии кислотного катализатора (газообразной НСl) с хорошим выходом получаются сложные эфиры в виде гидрохлоридов. Для выделения свободных эфиров реакционную смесь обрабатывают газообразным аммиаком (все реактивы должны быть безводными во избежание гидролиза эфиров).
Образование N-ацильных производных. При ацилировании аминокислот галогенангидридами или ангидридами получаются соединения, которые можно рассматривать либо как N-ацильные производные, либо как N-замещенные амиды.
N-Ацилпроизводные гидролизуются с образованием исходной аминокислоты. Поэтому реакция ацилирования широко используется для защиты аминогруппы.
Образование оснований Шиффа. При взаимодействии аминокислот с альдегидами образуются замещенные имины (основания Шиффа) через стадию образования карбиноламинов.
Реакция с формальдегидом лежит в основе количественного определения аминокислот методом формольного титрования (метод Сёренсена).
Образование ФТГ-производных (реакция Эдмана). Эта реакции широко используется при установлении строения пептидов. Взаимодействие аминокислот с фенилизотиоцианатом протекает по механизму нуклеофильного присоединения. В образовавшемся продукте далее осуществляется внутримолекулярная реакция нуклеофильного замещения, приводящая к образованию циклического замещенного амида.
С катионами тяжелых металлов аминокислоты как бифункциональные соединения, образуют внутрикомплексные соли, например, со гидроксидом меди(II) в мягких условиях получаются хорошо кристаллизующиеся хелатные соли меди(II) синего цвета (один из неспецифических способов обнаружения аминокислот).
Образование ДНФ-производных. Аминокислоты образуют с 2,4-динитрофторбензолом (ДНФБ) окрашенные в желтый цвет динитрофенильные производные (ДНФ-производные растворимые в органических растворителях). Они экстрагируются из реакционной смеси органическими растворителями и используются для идентификации методом тонкослойной хроматографии. Взаимодействие аминокислот с ДНФБ представляет собой реакцию нуклеофильного замещения в бензольном кольце. Такое замещение становится возможным за счет влияния двух сильных нитрогрупп.
