Тема 23. Амины. Аминокислоты и пептиды

Тема 23.
Амины. Аминокислоты и пептиды
Содержание темы: Амины, их классификация и номенклатура. Способы получения и химические свойства аминов. Анилин, его электронное строение. Зависимость основных свойств аминов от их строения. Аминокислоты, их изомерия и номенклатура.
Получение и химические свойства α-аминокислот. Пептиды.
Амины — органические производные аммиака, в котором атомы водорода замещены на углеводородные радикалы.
R
N H
H
R
N H
R
R
N R
R
первичный амин вторичный амин третичный амин
Электронное строение аминов
В насыщенных аминах атом азота находится в состоянии sp
3
- гибридизации. В ароматических аминах гибридизация атома азота sp
2
, и p-орбиталь атома азота перекрывается с p-орбиталями атомов углерода бензольного кольца (p,π-сопряжение)
Предельные амины
СН
3
N
Н
Н
sp
3
Ароматические амины
N
sp
2
метиламин фениламин (анилин)
Так как атом азота имеет свободную неподеленную пару электронов, все органические амины — основания. Ароматические амины более слабые основания, чем алифатические, вследствие взаимодействия неподеленной пары электронов и ароматической π-системы бензольного кольца.
Сравнение основных свойств метиламина, аммиака и анилина:
CH
3
NH
2
NH
3
NH
2
>
>
Методы получения аминов
CH
3
Cl + 2
NH
3
CH
3
NH
2
+ NH
4
Cl
CH
3
NO
2
+ 3H
2
катализатор
СH
3
NH
2
+ 2H
2
O
NO
2
+ 3 H
2
NH
2
+ 2 H
2
O
катализ.
Химические свойства аминов
R NH
2
+ H
OH
R NH
3
+
+ OH
–
CH
3
NH
2
+ HCl
[CH
3
NH
3
]
+
Cl
–
метиламмоний хлорид
Соли, содержащие четыре заместителя при положительно заряженном атоме азота, называются четвертичными аммониевыми солями.
[CH
3
NH
3
]
+
Cl
–
+ NaOH
CH
3
NH
2
+ NaCl + H
2
O
4
CH
3
NH
2
+ 9
O
2 4
CO
2
+ 2
N
2
+ 10
H
2
O

В результате p,π-сопряжения увеличивается электронная плотность в бензольном кольце, поэтому анилин взаимодействует с бромом в более мягких условиях, чем бензол.
Замещение проходит при действии бромной воды без катализатора. В результате образуется белый осадок 2,4,6-триброманилина.
NH
2
+ 3 Br
2
NH
2
Br
Br
Br
+ 3HBr
Аминокислоты
содержат карбоксильную и аминогруппу в одной молекуле.
Наиболее важные типы изомерии — изомерия углеродного скелета и положения аминогруппы.
CH
3
CH
2
CHCOOH
NH
2
CH
3
CHCH
2
COOH
NH
2
CH
2
CH
2
CH
2
COOH
NH
2
α
-аминомасляная
β
-аминомасляная
γ
-аминомасляная кислота кислота кислота
2-аминобутановая 3-аминобутановая 4-аминобутановая кислота кислота кислота
Наибольшее значение имеют α-аминокислоты, так как они являются структурными компонентами белков.
Формулы и тривиальные названия α-аминокислот, входящих в состав белков
Нейтральные аминокислоты с неполярным радикалом
H CH COOH
NH
2
Глицин (Gly)
CH
3
CH COOH
NH
2
Аланин (Ala)
CH CH COOH
NH
2
CH
3
CH
3
Валин (Val)
CH
CH
3
CH
3
CH
2
CH COOH
NH
2
Лейцин (Leu)
CH CH COOH
NH
2
C
2
H
5
CH
3
Изолейцин (Ile)
N
H
COOH
Пролин (Pro)
CH COOH
NH
2
CH
2
Фенилаланин (Phe)
(CH
2
)
2
CH COOH
NH
2
CH
3
S
Метионин (Met)
N
H
CH
2
CH COOH
NH
2
Триптофан (Trp)

Нейтральные аминокислоты с полярным радикалом
CH
2
CH COOH
NH
2
HO
Серин (Ser)
CH CH COOH
NH
2
CH
3
HO
Треонин (Thr)
CH
2
CH COOH
NH
2
H
2
N(O)C
Аспарагин (Asn)
CH
2
CH COOH
NH
2
HS
Цистеин (Cys)
CH COOH
NH
2
CH
2
HO
Тирозин (Tyr)
(CH
2
)
2
CH COOH
NH
2
H
2
N(O)C
Глутамин (Gln)
Кислые аминокислоты
CH
2
CH COOH
NH
2
HOOC
Аспарагиновая кислота (Asp)
(CH
2
)
2
CH COOH
NH
2
HOOC
Глутаминовая кислота (Glu)
Основные аминокислоты
(CH
2
)
4
CH COOH
NH
2
H
2
N
Лизин (Lys)
N
N
H
CH
2
CH COOH
NH
2
Гистидин (His)
(CH
2
)
3
CH COOH
NH
2
NH
C
H
2
N
NH
Аргинин (Arg)
Методы получения α-аминокислот
1. ClCH
2
COOH + 2NH
3
H
2
NCH
2
COOH + NH
4
Cl
2.
Смесь аминокислот можно получить гидролизом пептидов и белков.
Химические свойства α-аминокислот
Карбоксильная группа -COOH и аминогруппа -NH
2
взаимодействуют друг с другом, поэтому аминокислоты существуют в виде диполярных ионов.
H
3
NCH
2
COO
H
2
NCH
2
COOH
Значение pH раствора, при котором аминокислота преимущественно существует в виде диполярного иона, называется изоэлектрической точкой и обозначается pI (ИЭТ).
Аминокислоты
— амфотерные соединения. Они реагируют и c кислотами, и со щелочами с образованием солей:
H
2
NCH
2
COOH + HCl
[H
3
NCH
2
COOH]Cl
H
2
NCH
2
COOH + NaOH
H
2
NCH
2
COONa + H
2
O
При pH<
>pI в виде анионов:
H
3
NCH
2
COO
H
3
NCH
2
COOH
H
2
NCH
2
COO
+H
+
– H
+
+ H
+
– H
+
катионная форма диполярный ион анионная форма pH < pI pH = pI pH > pI

Аминокислоты реагируют со спиртами с образованием сложных эфиров
H
2
NCH
2
COOH + C
2
H
5
OH + HCl
[H
3
NCH
2
COOC
2
H
5
]Cl + H
2
O
[H
3
NCH
2
COOC
2
H
5
]Cl + NaOH
H
2
NCH
2
COOC
2
H
5
+ NaCl + H
2
O
Пептиды
Схема образования:
H
2
N CH C
O
OH
H
+ N CH C
O
OH
CH
3
H
H
+
N CH C
O
OH
CH
2
OH
H
H
– 2 H
2
O
глицин аланин серин
N-концевой остаток аминокислоты
H
2
N CH C
O
H
N CH C
O
OH
CH
2
OH
H
N CH C
O
CH
3
H
C-концевой остаток аминокислоты
пептидные связи
трипептид глицилаланилсерин (Gly-Ala-Ser)
Гидролиз пептидов проводят в кислой или щелочной среде:
+ 2H
2
O + 2HCl, t°
[NH
3
CH C
CH
2
OH]Cl
O
OH
[NH
3
CH C
CH
3
OH]Cl
O
[NH
3
CH C
H
OH]Cl
O
+ NaOH
H
2
N CH C
H
O
NH CH C
CH
3
O
NH CH C
CH
2
ONa
O
OH
Cl
H
3
N CH C
H
O
NH CH C
CH
3
O
NH CH C
CH
2
OH
O
OH
+ HCl
H
2
N CH C
H
O
NH CH C
CH
3
O
NH CH C
CH
2
OH
O
OH
Расщепление (гидролиз) пептидов
- Н
2
О
+ 2NaOH
NH
2
CH C
H
ONa
O
NH
2
CH C
CH
3
ONa
O
NH
2
CH C
CH
2
ONa
O
OH
Домашнее задание для подготовки к занятию:
1.
Проработайте главу 13, §13.1–13.3 ОХ и материал лекций.
2.
Напишите структурные формулы всех аминов состава C
4
H
11
N и назовите их.
3.
Замените названия структурными формулами и напишите уравнения следующих реакций: а) аммиак хлорид аммония аммиак метиламин; б) метиламин хлорид метиламмония метиламин; в) нитробензол анилин бромид фениламмония.

4.
Напишите структурные формулы всех аминокислот состава C
4
H
9
NO
2
и назовите их по систематической номенклатуре.
5.
Напишите уравнения реакций аланина с соляной кислотой и с гидроксидом натрия.
6.
Выучите тривиальные названия и структурные формулы 20 аминокислот, входящих в состав белков.
САРС «Амины. Аминокислоты и пептиды»
1.
Напишите структурные формулы следующих соединений: пентанамин-3, 3- метилпентанамин-2, триэтиламин, мета-метиланилин, этилизобутиламин. Какие из этих соединений являются изомерами диизопропиламина?
2.
Напишите уравнения реакций изопропиламина с соляной кислотой и с водой
Оцените значения pH водных растворов продуктов реакций (pH > 7, pH < 7, pH = 7).
Объясните ваш ответ.
3.
Предложите схему получения анилина из метана и неорганических реагентов.
Напишите уравнения реакций, укажите их условия.
4.
Сравните основные свойства аммиака, этиламина, диэтиламина и анилина.
Объясните ваш ответ, указав эффекты заместителей.
5.
Предложите схему получения аланина из пропановой кислоты.
Напишите уравнения реакций, укажите их условия.
6.
Напишите уравнения реакций серина c: а) гидроксидом калия, б) метанолом; в) соляной кислотой; г) кислородом.
7.
Напишите уравнения реакций: а) лизина с избытком соляной кислоты; б) аспарагиновой кислоты избытком гидроксида натрия; в) лизина с избытком азотистой кислоты.
8.
Напишите схему образования дипептида Ala-Tyr.
Укажите пептидную связь, N- и C-конец пептида.
9.
Какие дипептиды могут быть получены из валина и фенилаланина?
Напишите их структурные формулы.
10. Напишите структурную формулу трипептида Tyr-Cys-Glu.
Напишите уравнения реакций этого пептида с водным раствором гидроксида натрия при комнатной температуре и при нагревании.
11. Напишите структурную формулу тетрапептида Ser-Pro-Lys-Asp.
Напишите уравнения реакций этого пептида с соляной кислотой при комнатной температуре и при нагревании.
1.
В результате реакции пептида с избытком гидроксида натрия при комнатной температуре количество последнего уменьшилось на 3 моль. Длительное нагревание полученного раствора привело к уменьшению количества щелочи еще на 2 моль.
Аналогичная обработка такого же количества исходного пептида соляной кислотой уменьшают количество HCl на 2 и 2 моль, соответственно. Предложите формулу пептида и напишите все уравнения реакций
2.
4.45 г аминокислоты, входящей в состав белков, сожгли в 6.44 л кислорода. После приведения полученной смеси веществ к нормальным условиям сконденсировалось 3.15 г воды, и осталась газовая смесь с плотностью по воздуху 1.3166. Эту смесь пропустили через 65 г раствора гидроксида калия с плотностью 1.3 г/мл и концентрацией щелочи 8 моль/л, в результате чего массовая доля щелочи в растворе уменьшилась до 7.82%. Не поглощенную щелочью газовую смесь пропустили над избытком раскаленной меди, при этом объем газа уменьшился в 5 раз (н.у.). Определите формулу исходной аминокислоты.
(Ответ: аланин).

Пример билета контрольной работы
«Аминокислоты. Пептиды. Белки»:
1.
Напишите реакции глутаминовой кислоты с: а) раствором гидроксида натрия; б) раствором серной кислоты; в) натрием; г) этанолом; д) азотистой кислотой.
2.
Напишите трипептид Tyr-Val-Ser, укажите пептидные связи, N-и С-конец пептида.
3.
Напишите взаимодействие этого пептида с раствором гидроксида калия с последующим нагреванием этого раствора.

Каталог: fileadmin -> rsmu -> img
img -> Основные направления научной деятельности
img -> Основные результаты научной деятельности
img -> Рабочей программы дисциплины «Общая и клиническая иммунология» по направлению подготовки «Медицинская биохимия»
img -> Присуждаемая ученая степень Кандидат наук
img -> Программа по педиатрии для студентов высших медицинских учебных заведений
img -> Примерная программа дисциплины общественное здоровье и здравоохранение для студентов, обучающихся по специальностям
img -> Рабочая программа учебной дисциплины «неврология и нейрохирургия»
img -> Вопросы по внутренним болезням, входящие в билеты по переводным экзаменам на 4 курсе дневного и 5 курсе вечернего отделений. Болезни сердечно – сосудистой системы
img -> Лекция «психологические аспекты формирования здорового образа жизни у населения»
img -> Вопросы к экзамену по терапии (разделам гастроэнтерологии и пульмонологии) 2015-2016г