III. Реакции концевых групп

Концевые группы полимерных цепей всегда отличаются от неконцевых и, следовательно, проявляют специфические химические свойства. Специфические реакции концевых групп можно использовать:

А. Для определения молекулярной массы полимеров. Простейший пример – определение молекулярной массы полиамидов H₂N-------NH-CO----------COOH. Концевые карбоксильные и аминогруппы можно титровать соответственно кислотой и основанием. Таким методом можно достаточно надежно определять сравнительно небольшие молекулярные массы (преимущественно олигомеров); с увеличением молекулярной массы точность метода падает. В принципе величину достоверно определяемой молекулярной массы можно увеличить, если «пометить» концевую группу, используя «меченый» инициатор полимеризации:

*I → *R *R + CH₂=CH(X) → *R-CH₂-CH(X)~

Измеряя радиоактивность полимера, можно определить молекулярную массу полимера с относительно высокой точностью.

Б. Для синтеза блок- сополимеров. Эта схема достаточно очевидна: необходимо ввести в реакцию между собой концевые группы разных полимеров; примеры будут рассмотрены ниже, при обсуждении методов синтеза блок- и привитых сополимеров.

В. Для установления строения биополимеров. Реакции концевых групп в этих случаях используются в сочетании с реакциями деструкции и предшествуют им. Рассмотрим два примера, относящихся к установлению строения белков.

1. Определение N-концевого звена полипептидной цепи. Вначале проводят реакцию концевой группы NH₂ cо специфическим реагентом – дансилхлоридом (1-диметил- аминонафталин-5-сульфохлоридом); полученный при этом модифицированный по N-концу белок (или олигопептид) подвергают полной гидролитической деструкции в присутствии НС1:

При этом все неконцевые звенья превращаются в мономерные аминокислоты, а концевое – вN-дансильное производное аминокислоты (145), т.к. связь SO₂–NH в этих условиях не расщепляется. Это производное легко обнаруживается, т.к. сильно флуоресцирует при УФ-облучении; его идентифицируют с дансильным производной заведомой аминокислоты и, таким образом, определяют N-концевое звено белка или олигопептида.

2. Деградация олигопептидов по Эдману. Этот метод применяется для установления первичной структуры олигопептидов путем последовательного отщепления звеньев с N-конца. Для этого проводят реакцию концевой группы NH₂ олигопептида с фенилизотиоцианатом; образовавшийся пептид (146) с тиомочевинной концевой группой обрабатывают кислотой в мягких условиях; при этом происходит расщепление только одной пептидной связи – между N-концевым и соседним звеном; упрощенно это расщепление можно рассматривать как внутримолекулярный аминолиз:

N-концевое звено отщепляется в виде производного фенилтиогидантоина (147), которое отделяют и идентифицируют с тем же производным заведомой аминокислоты. После отщепления фенилтиогидантоина остается олигопептидная цепь, содержащая на одно звено меньше; операцию повторяют, отщепляют второе звено и т.д.

Радиоактивная метка по концевой группе (введение изотопа ³²Р) с последующей специфической неполной деструкцией используется для установления первичной структуры ДНК; обсуждение этого метода выходит за рамки данного курса

Реакции концевых групп полинуклеотидных цепей осуществляются при протекании ряда важнейших биологических процессов. Прежде всего, это реакции соединения фрагментов полинуклеотидных цепей, катализируемые специальными ферментами – лигазами:

Для этих реакций часто используют термин «сшивание»; следует помнить, что в полимерной химии этим термином чаще обозначают соединение макромолекул по неконцевым фрагментам (см. выше). Реакции лигазного «сшивания» происходят в ходе процессов репликации (соединение фрагментов Оказаки), репарации, генетической рекомбинации и других. Такие же реакции проходят на заключительных стадиях образования рекомбинантных ДНК в процессах генной инженерии.