Змістовий модуль 4. Сполуки, що містять атоми нітрогену. Гетероциклічні сполуки.

Тема 8. Аміни, амінокислоти, білки

Органічні сполуки, що містять у молекулі атоми Нітрогену, широко представлені у природі. До них відносяться білки, багато фізиологічно активних сполук тощо. Серед великої групи азотовмісних сполук зверніть увагу на аміни, амінокислоти, білки.

Вивчаючи клас амінів, зверніть увагу на те, що в молекулах аліфатичних амінів атом Нітрогену є sp³-гібридизованим, тобто молекули мають конфігурацію сплющеної піраміди (значення валентного кута атому Нітрогену становить ~ 110⁰), у кутах основи якої розміщені вуглевоневі залишки, а у вершині має бути неподілена електронна пара атому Нітрогену. Однак зафіксувати наявність дзеркальних ізомерів третинних амінів, що мають три різні залишки, не вдається, оскільки енергетичний бар’єр переходу від однієї до другої пірамідальної конфігурації досить невеликий, і такий перехід відбувається вже за кімнатної температури.

На відміну від аліфатичних, у молекулах ароматичних амінів атом Нітрогену перебуває в sp²- гібридизованому стані (валентні кути становлять ~ 120⁰). Отже, використовуючи дві гібридизовані орбіталі на утворення зв’язків з атомуми Гідрогену аміногрупи (або з атомуми Карбону залишків алкіл- або діалкіламіногрупи), а третю – на зв’язок з атомом Карбону ароматичного кільця, атом Нітрогену має ще неподілену електронну пару. При цьому завдяки плоскій конфігурації аміногрупи стає можливою p--кон’югація вільного електрона Нітрогену з -електронною системою ароматичного кільця. В ароматичних амінах на аміногрупу значною мірою впливає ароматичне кільце, а саме наявність у ньому електронодонорних або електроноакцепторних замісників, особливо в орто- і пара-положеннях. Перерозподіл електронної густини на атомі Нітрогену найбільше впливає на основні властивості амінів. Зверніть увагу на ізомерію, номенклатуру, фізичні, хімічні властивості та способи добування амінів.

Амінокислотами називаються гетерофункціональні сполуки, які містять у молекулах одночасно амінні й карбоксильні групи. Вивчіть класифікацію, ізомерію і номенклатуру амінокислот, їхні фізичні та хімічні властивості, особливу увагу зверніть на властивості -амінокислот, здатність утворювати пептиди.

Білки або протеїни – це високомолекулярні органічні сполуки, що побудовані із залишків -амінокислот.

Вивчаючи клас білків, зверніть увагу на фізичні і хімічні властивості, просторову структуру, ідентифікацію білків.

Приклади розв’язання типових задач

Приклад 1. Яка реакція (рН) водного розчину

а) валіну;

б) аспарагінової кислоти;

в) лізину?

Напишіть схеми електролітичної електролітичної дисоціації цих амінокислот.

Розв’язання. Амінокислоти мають амфотерні властивості: кислотні – завдяки наявності карбоксильної групи –COOH і основними – завдяки наявності аміногрупи –NH_2.

Кислотна й основна групи усередині молекули взаємодіють одна з одною, утворюючи диполярні іони (внутрішні солі).

а) Схема електролітичної електролітичної дисоціації валіну:

Реакція водного розчину валіну нейтральна (рН=7).

б) Аспаргінова кислота - моноамінодикарбонова кислота. Одна карбоксильна група в її молекулі нейтралізується аміногрупою, а інша дисоціює подібно кислотам:

Реакція водного розчину аспарагінової кислоти (рН<7).

в) Лізин - диаміномонокарбонова кислота. Одна аміногрупа в її молекулі нейтралізується карбоксильною групою, а друга зумовлює основні властивості лізину:

Реакція водного розчину лізину лужна (рН>7).

Приклад 2. Наведіть схему реакції утворення трипептиду з амінокислот: аланіну, цистеїну та лізину. Укажіть, які з наведених амінокислот є незамінними. За допомогою якої якісної реакції можна довести наявність пептидних зв’язків в трипептиді?

Розв’язання. Залишки α-амінокислот з’єднуються між собою за допомогою пептидного зв’язку. Ця реакція лежить в основі синтезу білків. Амінокислота лізин є незамінною, вона не синтезується в організмі людини. Аланін і цистеїн – замінні амінокислоти.

Н аявність пептидних зв'язків у молекулі білка доводять за допомогою біуретової реакції. Білок або розчин білка в присутності Купрум(ІІ) сульфату в лужному середовищі дає фіолетове забарвлення.