Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биоорганическая химия конспект лекций. Учебное пособие для студентов I курса, обучающихся по специальности «Лечебное дело»
.pdf
7. Расщепление амидов по Гофману
R NH
O
+Br2+ 3NaOH RNH2+Na2CO3+NaBr+H2O
2
амид
амин
Сульфаниламидные препараты
Сульфаниламид (стрептоцид) является родоначальником лекарственных
средств, обладающих антибактериальной активностью, – сульфаниламидов.
O
H2N S
NH
O
сульфаниламид
2
(стрептоцид)
Впервые сульфаниламид был получен в 1908 г. и использовался в производстве красителей. И лишь в 1935 г. была обнаружена антибактериальная активность.
Все сульфаниламидные препараты являются N-замещенными амидами сульфаниловой кислоты. Известно более 500 производных сульфаниламида. Наибольшую антибактериальную активность проявляют те производные, которые содержат у амидного атома азота гетероциклический радикал
.
O
H2N S
NH
R
замещённый
сульфаниламид
O
O
H2N S
NH
O
сульфазин
(R-пиримидиновый гетероцикл)
N
N
H2N S
(R-тиазольный гетероцикл)
O
NH
O
этаз ол
S
N
OC2H
N
Аминокислоты
Аминокислотами называются соединения, в молекуле которых содержатся
одновременно аминные и карбоксильные группы. Например, NH
(аминоуксусная кислота – глицин (гликокол)).
В зависимости от положения аминогруппы по отношению к карбоксилу
различают α-, β-, γ- аминокислоты и т.д.:
H2N
HO2C
Глицин
Gly
CH
2
N
H
2
HO2C
Аланин
Ala
CH
H2N
3
HO2C
Валин
Val
CH
CH
3
H2N
3
HO2C
H3C
CH
3
Л ейцин
Leu
H2N
HO2C
Изолейцин
5
-CH2-COOH
2
CH
3
CH
3
Ile
121
CO2H CO2H
H2N H2N
CO2H
Аспаргиновая
кислота,Asp
CO2H
H2N
H3C
S
Метионин
Met
серосодержащие
серусодержащие
CO2H
H2N
H2C
CO
Глутаминовая
кислота,Glu
CO2H
H2N
SH
Цистеин
Cys
H
2
H2N
Серин
Лизин
Lys
CO
Ser
Тр еонин
Thr
H2C
H
2
OH
H2N
CH
H2C
амино-
спирты
CO2H
2
NH
CH
2
OH
3
CO2H
H2N
H2C
Аргинин
Arg
H2N
H2N O
Аспарагин
Asn (Asx)
амины
CH
2
C
NH
C
амиды
NH
2
H2N
H2N
C
O
Глутамин
Gln (Glx)
HN
CO2H CO2H
ароматические производные
CO2H
H2N
Фенилаланин
Phe
Тирозин
Tyr
CO2H
H2N
OH
H2N
Гистидин
CO
N
His
H
2
NH
HO2C
производные
гетероциклов
N
H
Пролин
Pro
CO2H
H2N
HN
Тр иптофан
Try
α-Аминопропионовая кислота (аланин) содержится в белках в виде L-(+)аланина. β-Аминопропионовая кислота найдена в мышечной ткани, входит в состав витамина В
(пантотеновая кислота). Глицин – улучшает метаболические
3
процессы в тканях мозга, оказывает положительное действие при мышечной дистрофии.
Аминокислоты играют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности живых организмов, так как являются теми соединениями, из которых
строится молекула любого белка.
Широко принято деление аминокислот на природные (обнаруженные в растительных и животных
организмах) и синтетические, не найденные в природных
источниках. Среди природных аминокислот выделяют группу так называемых незаменимых аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме животных и человека. Они вынуждены потреблять такие аминокислоты с пищей.
В настоящее время в природных объектах обнаружено свыше 150 амино-
кислот, 20 из них входит в состав белков
, а 8 – являются незаменимыми аминокислотами. При некоторых врожденных заболеваниях перечень незаменимых
аминокислот расширяется – фенилкетонурия (не синтезируется α-аминокислота
тирозин, образующаяся в организме здоровых людей при гидроксилировании фенилаланина).
122
Способы получения аминокислот
I. α-Аминокислоты
1. Промышленный метод
R CO2H
Br
2. Циангидринный метод
NH
а)
б)
OH3C
H
OH3C
3
-H2O
HCN
H
3. Из α-кетокислот
CO2HO
R
2NH
3
-NH4Br
H3C
альдимин
H3C
NH
3
-H2O
R CO2NH
NH
H
OH
CN
2
HCN
NH
-H2O
CO2HHN
R
HCl, H2O
4
R CO2H
2
H3C
NH
CN
2
2H2O
-NH
3
H3C
NH
CO2H
2
3
H3C
NH
CN
H2/Pd
2
2H2O
-NH
3
H
N R
2
H3C
NH
CO2H
2
CO2H
4. Из оксимов α-кетокислот
CO2HO
CH
NH2OH
CO2HN
HO
-H
3
O
2
R
4[H]
HCl/Zn
H
N R
2
CO2H
5. Восстановлние α-нитрокислот
H3C
NO
OC2H
2
2H2/Ni
O
-2H
5
O
2
H3C
NH
OC2H
2
O
- С
5
H2O
2H5
OH
H3C
NH
OH
2
O
6. Микробиологический синтез
В промышленности многие аминокислоты получают микробиологическим
путем, выращивая на специальной питательной среде микроорганизмы, производящие в процессе своей жизнедеятельности определенные аминокислоты. Таким
образом получают, например, лизин, глутаминовую кислоту. Аминокислоты (особенно незаменимые) используют в качестве добавок к кормам сельскохозяйственных животных и птиц.
123
H2N
CO2H
H
CH2CH2CO2H
H2N H
CH2(CH2)3NH
2
2
L-(+)-глутаминовая
кислота
L-(-)-Ли зин
II. β-Аминокислоты
1. Присоединение NН
к непредельным кислотам
3
Присоединение к кислотам связано с наличием сопряженной системы с участием карбонила карбоксильной группы. Присоединение проходит против
правила Марковникова:
H2C
CO2H
NH
3
H2N
CO2H
2. Метод В.М. Родионова (из малоновой кислоты) (более удобный)
H
OH3C
CO2H t, -H2OH
+
CO2HH3C
CO
NH
3
H
2
2
H3C
N
CO2H
CO2HCO2H
t, -CO
H2N
2
H3C
CO2H
III. Способы получения других аминокислот
Аминокислоты с более удаленными друг от друга функциональными группами получают действием NH
на галогенозамещенные кислоты, восстановлени-
3
ем неполных нитрилов двухосновных карбоновых кислот или с помощью перегруппировки Бекмана:
H2N
+
CO2H
NH2-(CH2)5-COOH
ε
-аминокапроновая
кислота
а)
NC
б)
циклогексанон
CO2C2H
O
NH2-OH
2H2,Ni
5
оксим
циклогексанона
N
H
2
N-OH
H2SO
перегруппировка
Бекмана
CO2С2H
4
HOH
-C2H5OH
5
NH
O
HOH, H
Свойства аминокислот
Аминокислоты, содержащие основную амино- и кислотную карбоксильную
группы, существуют в виде внутримолекулярной соли − цвиттер-иона. При действии на аминокислоту сильной кислоты в результате протонирования NH
образуется ее катионная форма со свободной -СООН группой, а при действии сильной щелочи образуется анионная форма аминокислоты со свободной
группой -NН
.
2
-группы
2
124
CH2COOH
NH
3
сопряженная кислота
глицина
(катионная форма)
OH
H
-
NH3СH2COO
+
биполярный ион
(цвиттер-ион)
OH
H
-
NH2CH2COO
+
сопряженное основание
глицина
(анионная форма)
Под действием электрического поля они мигрируют к аноду или катоду в
зависимости от рН среды. Если этот процесс проводят на хроматографической
бумаге или в гелях, то он называется электрофорезом. Его применяют для разделения и идентификации аминокислот.
Для каждой аминокислоты существует определенное значение рН, при котором аминокислота существует только в
этом рН
в условиях электрофореза переноса ионов происходить не будет. Такое
i
значение рН называется изоэлектрической точкой (pI).
Солеобразный характер аминокислот сказывается на их физических свойствах: аминокислоты обладают высокой температурой плавления, в большинстве
своем растворимы в Н
О и плохо или совсем нерастворимы в неполярных органи-
2
ческих растворителях. Вследствие амфотерности аминокислоты способны нейтрализовать небольшое количество других кислот и оснований в водных растворах и поэтому их растворы обладают буферными свойствами (сохраняют посто-
виде цвиттер-иона. Следовательно, при
янным рН). Следовательно, в живых организмах аминокислоты − буферы, поддерживающие определенный pH среды.
Во всех
(кроме глицина) природных аминокислотах имеются асимметрич-
ные атомы углерода:
CO2H
H2N H
CH
3
L(+)-аланин
CO2H
NH
H
CH
D(-)-аланин
2
3
CH3-CH-COOH
∗
NH
2
Аминокислоты входят в состав белков и других природных соединений относятся к L-ряду. D-Формы аминокислот в живых организмах встречаются сравнительно редко.
Как правило, D-аминокислоты не усваиваются животными организмами,
часто бывают токсичными. Синтетически полученные аминокислоты являются
рацематами. Для их разделения существуют специальные методы: химический,
микробиологический, ферментативный (см. выше).
Подобно другим соединениям
являют свойства и кислот и аминов.
со смешанными функциями аминокислоты про-
125
I. Реакции по карбоксильной группе
1. Образование солей (с металлами, гидроксидами металлов и солями более
слабых кислот)
NaOH
NH3(СH2)4COO NH2(CH2)4COONa
+H
Кроме обычных солей аминокислоты могут образовывать внутримолекулярные, комплексные соли с катионами тяжелых металлов
H
N
H
2+
Cu
H
O
используется для выделения
и очистки аминокислот
O
O
OHO
2
NH
Ni2+,Zn2+,Co
2
Cu
2+
2+
(интенсивное окрашивание
O
N
H
медная соль глицина
в синий цвет)
2. Образование эфиров
NH2-СH2-COOH NH3-CH2-COOCH
CH3OH
HCl
гидрохлорид
метилового эфира глицина
Cl
3
NH
3
-NH4Cl
NH
3. Образование галогенангидридов
PCl
NH2-СH2-COOH NH3-CH2-COСl
-POCl
Такие ангидриды аминокислот неустойчивы и существуют только в виде
5
3
Cl
солей. Поэтому обычно предварительно аминогруппу защищают:
(CH3CO)2O
NH2-СH2-COOH CH3-C(O)-NH-CH2-COOH
PCl
5
-POCl
-HCl
-C(O)-NH-CH2-COCl
CH
3
3
4. Декарбоксилирование для α-аминокислот (Ва(ОН)
NH2-СH(R)-COOH RCH2NH2+CO
Ba(OH)
или ферменты
(декарбоксилазы)
2
, Δ
, t°С)
2
O
2
-СH2-COOCH
2
2
3
126
II. Реакции аминокислот по аминогруппе
H
1. Образование солей с кислотами
NH2-СH2-COOH NH3-CH2-CO2H
Cl
(подобно аминам)
2. Действие НNO2
HCl
HNO
NH2-СH2-COOH HO-CH2-CO2H+N2+H2O
2
(количественное определение NH2в аминокислотах и белках)
3. Ацилирование (реакцию применяют в синтезе пептидов)
(CH
CO)2O
NH2-СH2-CO2H
C
6H5
3
COCl
CH3-C(O)-NH-CH2-CO2H
C6H5-C(O)-NH-CH2-CO2H
4. Алкилирование
NH2-СH2-COOH
CH
-HI
I
3
CH3NH-CH2-CO2H
N-метилгликокол
(содержится в листьях
сахарной свеклы)
2CH
-HI
I
3
(CH3)3N-CH2-CO2H
I
AgOH
-AgI
-H
O
2
5. Взаимодействие с карбонильными соединениями (образование оснований
Шиффа)
а)
NH2-СH(R)-CO2H
α-аминокислота
б)
NH2-СH(R)-COOH
α
-аминокислота
III. Превращения аминокислот при нагревании
а) α-аминокислоты при нагревании образуют производные гетероцикла пи-
разина
R
(CH
HO
NH
O
N-CH2-CO2H
3)3
OH
R′-C
альдегид
C
O
R
NH
2
2
OH
-H2O
=O
R′-CH(OH)-NH-СH(R)- CO
карбиноламин
=O
2
HO-CH2-NH-СH(R)-COOH
N-метилольное производное
α
-аминокислоты
O
t
-2H2O
HN
R
O
(CH
N-CH2-COO
3)3
H
2
-H2O
бетаин
R′-CH=N-CH(R)- CO2H
R
NH
(2,5-диалкил-3,6-дикетопиперазин
дикетопиперазин
замещённый имин
127
б) β-аминокислоты
NH2-СH2-CH2-COOH
в) γ-, δ-аминокислоты (лактамы − внутренние амиды)
R
β
γ
NH
2
α
OH
O
γ
-аминомаслянная
γ-аминомасляная
кислота
кислота
Δ
-H2O
γ-бутиролактам
R
O
IV. Образование пептидов
α-Аминокислоты при поликонденсации образуют цепи различной длины,
получившие название пептидов.
Принципиальная схема синтеза пептидов
X
R
O
NH
Y
активация
+
H2N
O
R'
NH
OR''
t
-NH
3
NH
;
CO2H
δ
-аминовалериановая
кислота
образование
пептидной
связи
защита
CH2=СH-COOH
акриловая кислота
2
Δ
-H2O
O
R'
R
NH
N
H
O
X
NH
O
δ-валеролактам
OR''
защита
снятие защиты
R
O
NH
R'
OН
N
H
O
2
дипептид
В зависимости от числа остатков α-аминокислот, участвующих в образова-
нии пептида, различают ди-, три- и полипептиды. Cвязь -N-C(O)- называется
пептидной связью.
Последовательность соединения остатков аминокислот в молекуле пептида
влияет на его свойства. Так, при взаимодействии двух различных аминокислот А
и В можно получить два дипептида: АВ и ВА, различающихся
по физическим и
химическим свойствам. Например:
O
N
H
CH
O
3
OН
O
H3C
аланилглицин глицилаланин
NH
N
H
2
OН
O
H2N
Для синтеза пептидов определенного строения обычно берут не сами аминокислоты, а их производные. Такими «активированными» соединениями могут
быть, например, хлорангидриды кислот. Функциональные группы, которые не
128
должны участвовать в реакции, заранее «защищают», а после получения нужного
пептида защиту снимают.
Образование дипептида глицилаланина
1. Защита амино-группы
1. защита амино-группы
O
O
H2N
глицин
N-концевая
амин окислота
OH
+
C6H
5
карбобензоксихлорид
(бензилхлорформиат)
O
ClO
O
O
C6H
O
5
N
C6H
3. Защита карбоксильной группы
2. защита карбоксильной группы
O
H2N
аланин
С-концевая
аминокислота
4. Образование пептидной связи
3. образование пептидной связи
A B
OH
CH
3
+ N
O
5
CH3OH
H
-CO
2
H
-C2H5OH
-HCl
OC2H
O
H2N
O
CH
O
O
H
5
OCH
3
O
C
H
N
6H5
защита
A
3
O
CH
O
OCH
3
O
N
H
B
3
Cl
OC2H
OH
O
2. активация COOH
2. Активация СООН
-HCl
1) H2/Pd
2) H
O/OH
2
-
5
O
O
H
N
OH
CH
3
глицилаланин
снятие "защиты"
H2N
пептидна я связь
-C(O)-NH-
сохраняется
Олигопептиды: до 10 аминокислот.
Полипептиды: 10-70 аминокислот.
Белки: 100 и более α-аминокислот.
+C6H5CH3+CO2+CH3OH
129
V. Производство синтетических полиамидов
(
1. Найлон-6,6
n HOOC-
CH2)4-COOH + n H2N-(CH2)6-NH
2
-nH2O
OOC-(CH2)4-C(O)-[-NH-(CH2)6-NH-C(O)-(CH2)4-C(O)-]n-NH(CH2)6NH
3
2. Капрон (перлон)
O
NH2OH
циклогексанон оксим
циклогексанона
N
OH
H2SO
O
4
ε
-капролактам капрон
NH
поли-
конденсация
200-270 °С
N
H
n
O
Пропуская под давлением расплав найлона или капрона через фильеры с
мельчайшими отверстиями, получают волокна, превосходящие по прочности натуральные. Полиамидные волокна применяются в производстве авто- и авиапокрышек, для изготовления прочных и негниющих рыболовных сетей и т.п.
Белки
Белки − это высокомолекулярные природные полимеры, построенные из остатков α-аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью -С(О)-NH-.
Белки − биополимеры α-аминокислот
протеины
1. Альбумины – небольшая молекулярная
масса, растворимы в воде (белок яйца, пенка
кипяченого молока)
2. Глобулины – растворимы в 10%-м растворе
NaCl, самые распространенные (мышечные
волокна, кровь, молоко, семена растений)
3. Проламины – плохо растворяются в воде,
растворимы в спирте. Характерны для семян
злаков
(делятся в зависимости от состава небелковой части)
1.
Фосфопротеиды – содержат остаток фосфор-
ной кислоты. Играют большую роль в питании
молодого организма (казеин – белок молока)
2.
Липопротеиды – простой белок + липиды.
Содержатся в зернах хлорофилла и протоплазме
клеток, биологических мембран
протеиды
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]