Химия биологически активных соединений (Теория и практика). Учебное пособие

Схемы установок представлены на рис. 11.

а б в

Рис. 11. Схемы установок для синтеза:

а – нагревание с водоотделителем и обратным холодильником; б– промывание в делительной воронке; в – обезвоживание

Основная реакция:

Ход работы

В круглодонную колбу на 100 см3 помещают уксусную кислоту, изоамиловый спирт, серную кислоту и2-3 кипятильных камешка. Колбу соединяют с ловушкой для воды и обратным холодильником. Смесь кипятят на песчаной бане так, чтобы с холодильника непрерывно стекал конденсат. Попадая в ловушку, он разделяется на два слоя: нижний слой воды остается в ловушке, а верхний стекает обратно в колбу. Нагревание ведут до тех пор, пока в нижний водный слой ловушки перестанут поступать -ка пельки воды при непрерывном стекании конденсата из холодильника.

61

Полученный эфир (из колбы и ловушки) промывают от примеси серной и уксусной кислот водой, затем раствором соды с массовой долей 5 % и снова водой до нейтральной реакции. Продукт сушат безводным сульфатом натрия или магния. Затем высушенный продукт отфильтровывают в колбу Вюрца и перегоняют, отбирая основную фракцию при температуре138-142 оС. Выход около 20 г.

Для проведения реакции вместо ледяной уксусной кислоты можно использовать уксусную эссенцию, соответственно увеличив ее количество, учитывая концентрацию уксусной кислоты в эссенции.

Уксуснобутиловый эфир синтезируется аналогично уксус-

Контрольные вопросы

1.Каково строение и химические свойства уксусной -ки

слоты?

2.Какие известны способы получения уксусной кислоты в промышленности?

3.Как применяется уксусная кислота в качестве биологически активного соединения и пищевой добавки?

4.Сложные эфиры карбоновых кислот: получение, строение и свойства.

Лабораторная работа № 12. Окисление лактозы

Цель работы: изучить способы окисления моно- и дисахаридов, а также гидролиз дисахаридов.

62

Реактивы:

лактоза; разбавленная азотная кислота с массовой долей кислоты 25 %; дистиллированная вода

Посуда:

фарфоровая чашка, воронка Бюхнера, колба Бунзена, водяная баня.

Теоретические сведения

Куглеводам (сахарам) относят органические вещества, содержащие в своем составе две и более гидроксильные группы и оксогруппу. По природе функциональных групп углеводы являются полигидроксиоксосоединениями или соединениями, превращающимися в них при гидролизе.

В зависимости от строения молекул и физико-химических свойств углеводы классифицируют на моносахариды, олиго- и полисахариды.

Кмоносахаридам (моносахарам, монозам) относят углеводы, не гидролизующиеся водой с образованием простых молекул.

Олигосахариды (от греческого «олигос» – немного) являются продуктами поликонденсации моносахаридов с отщеплением воды от двух молекул(дисахариды, диозы), трех (трисахариды, триозы), четырех (тетрасахариды, тетрозы) и далее – до десяти, а при гидролизе образуют соответствующее количество моле-

кул моносахаров. В зависимости от природы гидроксильных групп моносахаридов, участвующих в реакции межмолекулярной дегидратации, различают восстанавливающие и невосстанавливающие олигосахара. Физико-химические свойства олигосахаридов во многом совпадают со свойствами моносахаров, и поэтому они называются сахароподобными.

Полисахариды являются продуктами поликонденсации большого числа молекул моносахаридов и при гидролизе водой образуют десятки, сотни и десятки тысяч молекул моносахаров. Высокомолекулярные полисахариды имеют отличные от моноса-

63

харов физико-химические свойства и поэтому называются несахароподобными углеводами.

Каждый моно-и восстанавливающий олигосахарид в твердом состоянии присутствует в той или иной циклической форме, а в растворе – в виде нескольких таутомерных структур, из которых оксоформа имеет минимальную концентрацию. Участие в химической реакции определенной структуры углевода решается в основном природой реагента, характером и количеством реагирующих функциональных групп, зависящих от строения таутомера. По мере протекания реакции динамическое равновесие между таутомерными формами, в соответствии с принципом равновесия Ле-Шателье, смещается в сторону выбывающей из равновесия структуры вследствие изменения химического строения.

Схемы установок для синтеза приводятся на рис. 12.

Рис. 12. Установки для синтеза:

а – нагревание в фарфоровой чашке; б – вакуумное фильтрование

64

Основные реакции:

Ход работы

В фарфоровой чашке смешивают 10,8 г лактозы с 120 см3 азотной кислоты с массовой долей 25 %, ставят чашку на водяную баню и нагревают ее до тех пор, пока не перестанут выделяться окислы азота, в конце реакции часто перемешивая

(рис. 12, а). Работу ведут под тягой!

После охлаждения к образовавшейся кашеобразной массе добавляют 30 см3 воды и хорошо перемешивают. При этом сахарная кислота растворяется в воде, а слизевая кислота остается в осадке. Выделившуюся слизевую кислоту отфильтровывают на воронке Бюхнера (рис. 12, б), промывая небольшим объемом воды, и сушат на воздухе.

Слизевая кислота – бесцветный кристаллический порошок, температура плавления 213 ºС (с разложением).

65

Контрольные вопросы

1.Каково строение и свойства лактозы?

2.Каково строение и свойства галактозы?

3.Каково строение и свойства глюкозы?

4.Какова технология получения лактозы в промышленности?

5.Какова технология получения глюкозы в промышленности?

6.Какова технология получения галактозы в промышленности?

7.Каково строение и свойства восстанавливающих и -не восстанавливающих дисахаров? Привести химические реакции.

Лабораторная работа № 13.

Изучение свойств белковых соединений

Цель работы: изучить строение белков путем проведения необратимой денатурации и качественных реакций

Реактивы:

природный белок – альбумин куриного яйца, дистиллированная вода, раствор едкого натрия с массовой долей щелочи 40 %, водный раствор сульфата меди, раствор нитрата свинца с массовой долей соли 10 %, этанол, концентрированные кислоты – соляная, серная, азотная..

Посуда:

пробирки, водяная баня.

Теоретические сведения

Белками, или белковыми веществами (протеинами), называются высокомолекулярные органические соединения, молекулы которых построены из остатков α-аминокислот. Количество последних может колебаться очень сильно и достигать иногда нескольких тысяч.

66

Белки играют исключительную роль в жизни живого организма, выполняя весьма разнообразные функции. Из них состоит основная масса протоплазмы клеток, они выполняют каталитические, строительные, энергетические, обменные, защитные и многие другие функции. Белками являются и многие важнейшие физиологически активные соединения: ферменты, некоторые гормоны и антибиотики, другие вещества. Белки являются необходимой составной частью пищевого рациона человека и животных. Пищевая ценность белков в первую очередь определяется их аминокислотным составом.

Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры белковых молекул.

Под первичной структурой белка понимают вид, число и последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Полипептидные цепи имеют спиралевидную или зигзагообразную конфигурацию, которая поддерживается с помощью водородных связей, она называется вторичной структурой белковой молекулы. Полипептидная спиралевидная цепочка может быть по-разному расположена в пространстве. Это пространственное расположение, или, как иногда говорят, «упаковка», получило название третичной структуры.

Ход работы

Приготовление раствора белка. Белок куриного яйца рас-

творяют в 100 см3 дистиллированной воды и используют для дальнейшего проведения лабораторной работы.

Осаждение белков органическими растворителями. Сме-

шивающиеся с водой растворители снижают диэлектрическую постоянную белковых растворов. Вследствие этого уменьшатся ионизация белков, между белковыми частицами усиливается напряжение, способствующее их агрегации и снижению растворимости. Кратковременное действие органических растворителей при пониженных температурах вызывает обратимое осаждение, длительное действие приводит к денатурации белков.

67

К 2 см3 раствора белка добавляют 4 см3 раствора этанола. Пробирку встряхивают. Обратимость явления проверяют добавлением избытка дистиллированной воды.

Денатурация белков при нагревании. Белки подвергаются структурным изменениям и выпадают в осадок при нагревании их растворов до 50 – 60 °С. При этом они необратимо утрачивают свои специфические свойства (способность к растворению в воде, солевых и спиртовых растворах, биологическую активность). Термическая денатурация широко применяется для доведения продуктов до кулинарной готовности, а также повышения усвояемости белковой пищи организмом.

Впробирку наливают 3 см3 белкового раствора и постепенно нагревают на водяной бане, доводя до кипения. Необратимость процесса проверяют, добавляя избыток дистиллированной воды.

Осаждение белков в среде концентрированных минераль-

ных кислот. Концентрированные минеральные кислоты вызывают необратимо осаждение белков. При этом происходит глубокая денатурация белковой молекулы, связанная как с процессом дегидратации белковых глобул, так и химическим взаимодействием

сфункциональными группами, имеющимися в полипептидной цепи.

Втри сухие пробирки отдельно осторожно(под тягой) наливают по 1-2 см3 концентрированных азотной, серной и соляной кислот, затем прибавляют в каждую пробирку по 1 см3 раствора белка так, чтобы не смешивать жидкости. Пробирки осторожно встряхивают.

Осаждение белков солями тяжёлых металлов. В две про-

бирки помещают по 3 капли раствора белка. В одну пробирку добавляют 1 каплю насыщенного раствора сернокислой меди, в другую – 1 каплю 2 моль/дм3 раствора уксуснокислого свинца.

Биуретовая реакция. Она обусловлена наличием в молекуле белка пептидных связей и используется в количественных колориметрических определениях белка. В щелочной среде пептид-

68

ные группы переходят в фенольную форму, в которой происходит взаимодействие с гидроксидом меди. Образуется комплексное соединение фиолетового цвета.

В пробирку вносят10-12 капель раствора исследуемого белка, добавляют 2 см3 раствора гидроксида натрия и 0,5 см3 раствора сульфата меди.

Ксантопротеиновая реакция. Она обусловлена образова-

нием нитросоединений ароматическими и некоторыми гетероциклическими группами белка, указывает на присутствие в молекуле полипептида ароматических аминокислот.

После образования нормального нитросоединения под действием концентрированной азотной кислоты, при добавлении к охлажденной жидкости избытка едкой щелочи окраска переходит

воранжевую за счет образования солей нитроновых кислот.

Впробирку вносят 5 капель раствора белка и постепенно добавляют по каплям концентрированную азотную кислоту до тех пор, пока не прекратится образование осадка, затем нагрева-

ют на водяной бане. Пробирку с жидкостью охлаждают и добавляют 1 см3 гидроксида натрия.

Контрольные вопросы

1.Какова классификация аминокислот белка по гидрофоб- но-гидрофильным свойствам?

2.Какова классификация белков на протеины и протеиды?

3.Что такое фибриллярные и глобулярные белки?

4.Какова роль белков в жизнедеятельности организма че-

ловека?

5.Как происходит осаждение и денатурация белков в присутствии органических растворителей, концентрированных минеральных кислот, солей тяжелых металлов и при нагревании?

6.Что такое биуретовая реакция белков?

6.Что такое ксантопротеиновая реакция белков?

7.Что такое сульфгидрильная реакция белков?

8.Что такое реакция Миллона?

69

Лабораторная работа № 14.

Изучение свойств жирорастворимых витаминов

Цель работы: изучить качественные реакции, используемые для определения жирорастворимых витаминов

Реактивы:

рыбий жир, концентрированные серная и азотная кислоты, концентрированный раствор гидроксида натрия, витамин Д, анилиновый краситель, бромная вода, спиртовой раствор α-токо- ферола, хлорид железа (III).

Посуда:

пробирки, водяная баня.

Теоретические сведения

Большое значение в жизнедеятельности человека имеют витамины группы А: гидроксилсодержащие тетраизопреноиды –

мин А1 – альдегид) С19Н25СНО, карбоксилсодержащий – ретиноевая кислота (витамин А1 – кислота) С19Н25СООН:

70