Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Сборник задач и заданий по органической химии. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 1514 15 > Следующая >>>

CH3 – OH + H – NH2 CH3 – NH2 + H2O.

Al2O3, 300oC

метиламин

CH3OH + CH3NH2 (CH3)2NH + H2O;

диметиламин

CH3OH + (CH3)2NH (CH3)3N + H2O;

триметиламин

- каталитическим гидрированием нитрилов:

R – C ≡ N + H2 R – CH2NH2.

Анилин и другие первичные ароматические амины полу-

чают реакцией Н. Н. Зинина (1842) – восстановлением нитросоединений:

нитробензол анилин

NH2.NO

Основным способом получения анилина является восста-

новление нитробензола железом в присутствии хлороводородной кислоты:

4C6H5NO2 + 9Fe + 4H2O 4C6H5NH2 + 3Fe3O4.

Контрольные задания

1. Составьте формулы всех изомеров аминобутана.

2. Напишите структурные формулы следующих аминов:

триэтиламина, метил-трет-бутиламина, 1,2-диаминобензола, метилдифениламина, 3-амино-4-метилгексана, 3-метил-2-пентаамина, 3-амино-1- пропанола, 3-аминотолуола.

3. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: CaO → CaC2 → → C2H2 → C6H6→ C6H5NO2 → C6H5NH2.

4. Определите массу анилина, который можно получить из нитробензола массой 61,5 г, если массовая доля выхода анилина составляет 85 % мас.

131

8.2. Строение, классификация аминокислот

COOH.

Аминокислоты (аминокарбоновые кислоты) – органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Общая формула аминокислот имеет вид:

основная функция кислотная функция

(NH2)m– СH – (COOH)n ,

где m и n обычно равны 1 или 2.

По систематической номенклатуре аминокислоты называют, по соответствующей карбоновой кислоте с добавлением приставку амино-. Положение аминогруппы в углеродной цепи ука- зывают цифрой:

5 4 3 2 1

H3С–CH–CH2–CH–COOH

׀ ׀

CH3 NH

2-амино-4-метилпентановая кислота

HOOC–CH2–CH–COOH.

4 3 2 1

аминобутандиовая кислота

В зависимости от положения аминогруппы по отношению к

карбоксильной группе различают α- (альфа), β- (бета), γ- (гамма), δ- (дельта) и ε- (эпсилон) аминокислоты:

ε δ γ β α

H2С–CH2–CH2–CH2–CH2–COOH

ε-аминокапроновая кислота α-аминомасляная кислота

γ β α

H3C–CH2–CH–

Наибольшее значение имеют природные аминокислоты, содержащие аминогруппу только в α-положении, из которых построены белки с общей формулой:

R–CH–COOH.

Для природных аминокислот широко распространена тривиальная номенклатура: аланин (2-аминопропановая кислота), валин (2-амино-3-метил-бутановая кислота), лизин (2,6-диаминогексановая кислота), аргинин (2-амино-5-гуанидил-пентановая

132

кислота). Часто запись аминокислот, например, при составлении формул пептидов и белков, осуществляют, применяя буквенные сокращения от латинского названия кислот: Ala, Val , Lys, Arg (соответственно).

Аминокислоты классифицируют в зависимости от призна-

ка, положенного в основу их деления на группы:

- по числу функциональных групп:

- моноаминомонокарбоновые NH2–СH–COOH;

- диаминомонокарбоновые (N H2)2–СH–COOH;

- моноаминодикарбоновые NH2–СH–(COOH)2;

- строению радикала (алифатические; ароматические; гете-

роциклические);

- наличию дополнительных функциональных групп (гидро-

ксильной; карбоксильной; амидной; гуанидильной; серосодержащих).

Важнейшие заменимые и незаменимые кислоты представ-

лены в табл. 19.

Для аминокислот характерные следующие виды изомерии:

- структурная, обусловленная строением углеродного ске-

лета молекулы;

- расположение аминогруппы по отношению к карбоксиль-

ной группе (α-, β-, γ-, δ- и ε- аминокислоты);

- пространственная, связанная с наличием ассиметричных

атомов углерода.

Все природные α-аминокислоты, кроме глицина

(NH2- CH2- COOH), имеют асимметрический атом углерода (α-углеродный атом), а некоторые из них даже два хиральных центра, например, треонин. Аминокислоты могут существовать в виде пары несовместимых зеркальных антиподов (энантиомеров).

133

Важнейшие аминокислоты

Таблица 19

кислоты (-R)

1 2 3 4

-H

-CH

СH

– CH CH

СH – CH2 – CH CH – CH – CH2 – CH

N H

НазваниеСтроение радикала

тривиальное систематическое

Глицин Аминоэтановая Гли (Gly)

Аланин 2-Амино-пропановая Ала (Ala)

Валин

Лейцин

Изолейцин

Фенилаланин

Триптофан

Гистидин

(имино-

2-Амино-3-метил-

2-Амино-4-метил-

2-Амино-3-метил-

2-амино-3-фенил-

2-Амино-3-индол-

2-Амино-3-имидо-

кислота)

бутановая

пентановая

пропановая

илпропановая

золилпропановая

Условное

обозначе-

ние

Вал (Val)

Лей (Leu)

Иле (Ile)

Фен (Phe)

Три (Trp)

Гис (His)

COOH

– CH2 – OH Серин

134

Пролин

2-Пирролидин-

карбоновая

2-Амино-

3-гидрокси-

пропановая

Про ( P ro)

Сер (Se r)

1 2 3 4

ксифенил) пропановая

–

– CH – OH

–CH2–COOH Аспарагиновая

–CH2–CH2–COOH Глутаминовая

–CH2–C–NH

OH Тирозин

׀׀

Треонин

кислота

Аспарагин

–CH2–CH2–C–NH

–CH2–(CH2)3–NH

CH2–(CH2)2–NH–C–NH

NH –CH2–SH

–CH2–CH2–S–CH

׀׀

Глутамин

Лизин 2,6-Диамино-

Аргинин

Цистеин

Метионин

Окончание таблицы 19

2-Амино-

3-гидрокси-

бутановая

2-Амино-3-(4-гидро-

кислота

2-Аминобутандиовая кислота

2-Аминопентан-

диовая кислота

2-Амино-3-карбок-

самидопропановая

кислота

2-Амино-4-карбок-

самидобутановая

кислота

гексановая кислота

-Амино-5-гуанидил-

пентановая кислота

2-Амино-3-мер-

каптопропановая

кислота

2-Амино-4-метил-

тиобутановая

кислота

Тре (Th r)

Тир (Tyr)

Асп (Asp)

Глу (Glu)

Асн (Asn)

Глн (Gln)

Лиз (Lys)

Арг (Arg)

Цис (Cys)

Мет (Met)

(NH2- CH2- COOH), имеют асимметрический атом углерода (α-углеродный атом), а некоторые из них даже два хиральных

центра, например, треонин. Исключение составляет простейшая аминокислота глицин H2NCH2COOH, которая не имеет центра хиральности. Аминокислоты могут существовать в виде пары несовместимых зеркальных антиподов (энантиомеров).

ному стандарту - глицериновому альдегиду. Расположение в стандартной проекционной формуле Фишера аминогруппы слева (подобно

Все природные α-аминокислоты, кроме глицина

Конфигурация α-аминокислот определяется по конфигурацион-

135

группе ОН в L-глицериновом альдегиде) соответствует L-конфи-

COOH

гурации, справа - D- конфигурации хирального атома углерода:

COOH

H2N – C – H

L-аланин

COOH

H – C – NH

D-аланин

Практически все природные α-аминокислоты, как правило,

относятся к L-ряду.

Аминокислоты изолейцин, треонин и 4-гидроксипролин

содержат в молекуле по два центра хиральности.

Такие аминокислоты могут существовать в виде четырех

стереоизомеров, например:

H2N – C – H

CH3 – C – H

C2H

L-изолейцин

H – C – NH

H – C – CH

C2H

D-изолейцин

H2N – C – H

H – C – CH

C2H

L-аллоизолейцин

H – C – NH

CH3 – C –H

C2H

D-аллоизолейцин

Из четырех стереоизомеров в состав белков входит

L-изолейцин с S-конфигурацией обоих асимметрических атомов углерода С-α и С-β. В названиях другой пары энантиомеров, яв- ляющихся диастереомерами по отношению к изолейцину, используется приставка алло-.

Контрольные задания

1. Определите формулу аминокислоты, если массовые доли

углерода, водорода, кислорода и азота соответственно равны:

0,480; 0,094; 0,427 и 0,187.

136

2. Определите пары изомеров и назовите их:

а) NH2 – CH – COOH

б) NH

СH3 – C – COOH

в) CH3– CH – COOH

г) CH

C – СH2 – СH2– COOH

д) CH

е) NH2 – CH2 – CH2– COOH

СH2 – C – COOH

׀ ׀

NH2CH

3. Составьте структурные формулы всех изомеров амино-

кислот состава C4H9O2N и назовите их.

4. Напишите общую формулу гомологического ряда амино-

этановой кислоты.

5. К раствору аминоуксусной кислоты массой 50 г с массовой долей кислоты 6 % добавили 33,3 г раствора гидроксида натрия с массовой долей щелочи 6 %. Определите массовые доли веществ в полученном растворе.

6. Какой объем аммиака (н. у.) прореагирует с раствором хлоруксусной кислоты (массовая доля кислоты 10 %) массой 20 г с образованием аминоуксусной кислоты и хлорида аммония?

7. При нагревании аминокислоты массой 23,4 г выделился газ объемом 4,48 дм3 (н. у.). Определите структурную формулу аминокислоты, если известно, что она является предельной и содержит аминогруппу при втором углеродном атоме.

8. Составьте структурные формулы аминокислот: 2-аминобутановой, 2-метил-2-аминопропановой, 5-аминогексановой, 2,5диаминопентановой, 2-аминобутандиовой.

137

8.3. Химические свойства аминокислот

В водных растворах аминокислоты существуют в виде диполярного иона, который образуется за счет отщепления протона от карбоксильной группы и присоединения его к аминогруппе. Диполярный ион часто называют внутренней солью:

H2N – CH – COOH → H3N+ – CH – COO-.

׀ ׀

R R

внутренняя соль

В щелочных растворах гидроксильный ион (сильное основание) отрывает протон от иона аммония и диполярный ион аминокислоты превращается в более слабое основание - амин:

H3N+ – CH – COO- + OH- → H2N – CH – COO- + H2O.

׀ ׀

R R

В кислых растворах более сильная кислота Н3О+ отдает протон карбоксилат-иону и образуется более слабая кислота:

H3N+ – CH – COO- + H3O+ → H3N+ – CH – COOH + H2O.

׀ ׀

R R

В водном растворе аминокислоты существуют в виде рав-

новесной смеси диполярного иона, катионной и анионной форм:

H3N+–CH – COO- H3N+–CH–COO- H3N+ –CH –COOH.

׀ ׀ ׀

R R R

pH 7

В данном равновесии участвует также определенное (хотя и небольшое) количество незаряженных молекул аминокислот.

138

Если раствор аминокислоты поместить в электрическое поле, то в кислой среде ион аминокислоты движется к катоду, а в щелочной - к аноду. При определенном значении рН среды концентрация катионов может быть равной концентрации анионов, то никакого движения аминокислоты происходить не будет.

Концентрация ионов водорода (pH), при которой аминокислота не перемещается в электрическом поле, называется изоэлектрической точкой данной аминокислоты (рI).

Химические свойства аминокислот обусловлены присутствием карбоксильной и аминогруппы, а также функциональными группами и их расположением в радикале. Аминокислоты, как амфотерные соединения, образуют соли как при действии кислоты, так и при действии щелочи:

NaOH CH2–COONa + H2O

CH2–COOH

глицинат натрия

глицин HCl CH

–COOH Cl- .

гидрохлорид глицина

Химические свойства аминокислот по карбоксильной группе характеризуются следующими реакциями.

Аминокислоты реагируют с металлами и основными оксидами с образованием солей.

При взаимодействии аминокислот со спиртами образуются сложные эфиры (реакция этерификации):

HCl, газ

CH2 – COOH + C2H5OH → CH2 – COOC2H5 + H2O.

׀ ׀

NH2 NH

этиловый эфир 2-аминоуксусной кислоты

139

Реакции аминокислот с аммиаком сопровождаются образо-

медная соль глицина

ванием амидов:

R – CH-COOH + NH3 → R – CH – CONH2 + H2O.

׀ ׀

NH2 NH

При сухой перегонке в присутствии гидроксида бария аминокислоты декарбоксилируются с образованием аминов:

R – CH-COOH + NH3 → R – CH2 – NH2 + H2O.

С катионами тяжелых металлов α-аминокислоты образуют

внутрикомплексные соли. Так, со свежеприготовленным гидроксидом меди (II) α-аминокислоты образуют хорошо кристаллизующиеся хелатные соли меди (II) синего цвета:

C O

COOH

CuOH OH

H2O

медная соль глицина

Химические свойства аминокислот по аминогруппе характеризуются следующими реакциями.

Подобно первичным аминам, аминокислоты реагируют с азотистой кислотой, при этом аминогруппа превращается в гидроксигруппу, а аминокислота — в гидроксикислоту:

R – CH – COOH + HNO2→ R – CH – COOH + N2↑+ H2O.

NH2 OH

лить массу аминокислоты (метод Ван-Слайка).

140

׀ ׀

Измерение объема выделившегося азота позволяет опреде-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 1514 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]