Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 3

Всильнокислой среде, например при рН 0, аланин полностью существу-

ет в виде катиона. Значение рKa карбоксильной группы в таком катионе равно 2,35, что заметно ниже, чем рKa обычных карбоновых кислот (напри-

мер, рKa пропионовой кислоты равно 4,89). Этот факт не должен вызывать удивления, так как NH3 -группа в катионной форме аминокислоты выступает в качестве сильного электроноакцептора.

Вщелочной среде аланин находится в форме аниона. Таким образом,

вводных растворах существует равновесие между формами бетаина, аниона и катиона. Положение этого равновесия зависит от рН раствора.

Каждая α-аминокислота имеет значение рН, при котором концентрация

биполярного иона максимальна; это значение обозначается рНi и называется изоэлектрической точкой. Для аланина значение рНi равно 6.

Как уже отмечалось, значение рНi для каждой из аминокислот указано выше в скобках при их классификации (см. разд. 27.1).

При значении рНi, характеризующем изоэлектрическую точку, аминокислота имеет ряд специфических свойств. Отметим следующие:

1) растворимость аминокислоты в воде при этом значении является минимальной, поскольку биполярный ион, в котором два разноименных заряда пространственно сближены, имеет менее благоприятные условия для сольватации, нежели два отдельных иона (это свойство иллюстрируется ниже);

2) электропроводность раствора аминокислоты имеет минимальное значение при рН, равном рНi, так как суммарный заряд биполярного иона равен нулю.

Поскольку бетаин, анион и катион α-аминокислоты находятся в равновесии, α-аминокислоты вступают в реакции, характерные и для аминов, и для карбоновых кислот.

Задача 27.2. В какой форме находится каждая из следующих аминокислот в водном рас-

27.4.2.N-Ацилирование

Ацилирование аминогруппы протекает достаточно легко под действием различных ацилирующих агентов.

N-бензоилглицин

Получение N-ацильных производных используют для защиты аминогруппы. С этой целью часто применяют

a) бензилхлорформиат:

O

C6H5CH2 O C

NH CH2 COOH

N-бензилоксикарбонилглицин

(N-защищенный глицин)

б) трет-бутоксикарбоксазид (Вос-защита):

(N-защищенный глицин)

Преимущество бензилоксикарбонильной и трет-бутоксикарбонильной групп заключается в легкости их удаления. Как правило, защитную бензильную группу удаляют каталитическим гидрогенолизом или действием раствора бромоводорода в уксусной кислоте:

H2, Pd/CaCO3

O

C6H5CH2 O C

NH HBr/CH3COOH

CH2

COOH

N-бензилоксикарбонилглицин

C6H5CH3 + CO2 + CH2 COO

глицин

C6H5CH2Br + CO2 + CH2 COOH

гидробромид

глицина

трет-Бутоксикарбонильную группу можно легко удалить действием 1 н. раствора хлороводорода в безводном метаноле:

O

CH2 COOH + CH3 CCH2 + CO2

27.4.3.N-Алкилирование

Моноалкилирование аминогруппы не всегда протекает избирательно. Избирательность этой реакции зависит от характера алкилирующего агента. Примером гладкого N-моноалкилирования может служить синтез N-бен- зиламинокислот:

27.4.4.Реакция этерификации

Реакцию осуществляют действием сухого хлороводорода на смесь безводного спирта и аминокислоты. Эфир аминокислоты получают в виде хлоргидрата, который переводят в основание действием триалкиламина:

Для получения бензиловых эфиров аминокислот в качестве катализатора применяют бензолсульфоновую кислоту. Выделяющуюся воду отгоняют в ходе реакции:

H3N CH COOCH2C6H5 C6H5SO3

CH3

О-бензилаланинбензолсульфонат

Бензиловые эфиры аминокислот нашли особенно широкое применение, поскольку O-бензильная защита легко снимается гидрированием в отсутствие воды.

H3N CH COOCH2C6H5 Cl H2/Pd

CH3

гидрохлорид О-бензилаланина

H3N CH COOH Cl + C6H5CH3.

толуол

CH3

гидрохлорид

аланина

Задача 27.3. Аланин подвергается кислотно-катализируемой этерификации медленнее, чем пропановая кислота. Предложите объяснение этому факту.

27.4.5.Реакции дезаминирования

Свободные аминокислоты, как и первичные алифатические амины, реагируют с азотистой кислотой с выделением азота.

Измерение количества выделившегося азота используется для количественного определения аминокислоты.

Окислительное дезаминирование α-аминокислот под действием 1,2,3- индантриона — нингидрина — лежит в основе их качественного обнаружения. При этом α-аминокислота претерпевает глубокие превращения, а продукт реакции имеет характерную синюю окраску (нингидриновая реакция). Синий цвет обусловлен образованием красителя Синий Руэмана

нингидрин (гидратная форма 1,2,3-индантриона)

В целом, для нингидриновой реакции характерна высокая чувствительность, поскольку отдельные ее стадии отличаются хорошими выходами и воспроизводимостью.

27.4.6.Отношение к нагреванию

При нагревании α-аминокислоты превращаются в циклические амиды, называемые дикетопиперазинами. Например, аланин таким образом циклизуется до 3,6-диметил-2,5-дикетопиперазина:

Гидролизом одной из пептидных связей в 3,6-диметил-2,5-дикетопипе- разине легко получить соответствующий дипептид Ala—Ala.

27.4.7.Пептидный синтез

Аминокислоты в пептидах и белках связаны пептидной связью. Пептидной связью называют амидную связь, которая связывает фрагменты двух аминокислот.

дипептид

В общем, амидную связь получить несложно. Как показано выше, для этого можно указать по крайней мере два пути:

а) через хлорангидрид

б) карбодиимидный метод, в основе которого лежит применение дициклогексилкарбодиимида (ДЦГКД)

O

R C + R' NH2 + C6H11 NCN C6H11

R C NH R' + C6H11 NH C NH C6H11

Получение пептидной связи, которая формально также относится к числу амидных связей, осложняется тем фактом, что и аминогруппа, и карбоксигруппа находятся в одной и той же молекуле аминокислоты. Поэтому синтез целевого дипептида сопровождается образованием побочных дипептидов при получении его как по хлорангидридному методу (а):