аминокислоты

АМИНОКИСЛОТЫ

органические кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп. В зависимости от природы кислотной функции А. подразделяют на аминокарбоновые, например H₂N(CH₂)₅COOH, аминосульфоновые, например H₂N(CH₂)₂SO₃H, аминофосфоновые, например H₂NCH[Р(О)(OH)₂]₂, и аминоарсиновые, например H₂NC₆H₄AsO₃H₂. Согласно правилам ИЮПАК, название

А. производят от названия соответствующей кислоты; взаимное расположение в углеродной цепи карбоксильной и аминной групп обозначают обычно цифрами, в некоторых случаях — греч. буквами. Однако, как правило, пользуются тривиальными названиями А.

Структура и физические свойства. По физ. и ряду хим. свойств А. резко отличаются от соответствующих кислот и оснований (см. табл. 1 и 2). Они лучше раств. в воде, чем в органических растворителях; хорошо кристаллизуются; имеют высокую плотность и исключительно высокие температуры плавления (часто разложения). Эти свойства указывают на взаимод. аминных и кислотных групп, вследствие чего А. в твердом состоянии и в растворе (в широком интервале pH) находятся в цвиттер-ионной форме. Например, для глицина кислотно-основное равновесие:

аминокислоты

Взаимное влияние групп особенно ярко проявляется у α- аминокислот, где обе группы находятся в непосредств. близости, а также у о- и n-аминобензойных кислот, где их взаимод. передается через систему сопряженных связей. Благодаря электроноакцепторным свойствам группы — аминокислоты. Рис. 2 H₃ резко усиливается кислотность карбоксильных групп, напр. pK_а глицина 2,34, тогда как уксусной кислоты 4,75, аминокислоты. Рис. 3 аланина 3,6. Аминогруппа подвергается взаимокомпенсируемому влиянию электроноакцепторной карбонильной группы и электронодонорного отрицательно заряженного атома кислорода, в результате чего, напр., основность аминогрупп аминоуксусной и n-аминобензойной кислот мало отличается от основности соотв. этиламина и анилина. Аминогруппа А. ионизирована в несколько меньшей степени, чем карбоксильная группа, и водный раствор А. имеет слабокислый характер. Значение pH, при котором концентрация катионов А. равна концентрации анионов, наз. изоэлектрич. точкой (рI). Все А. в изоэлектрич. точке имеют минимум растворимости (в растворах кислот и щелочей растворимость возрастает). Вблизи рI растворы А. обладают миним. буферным действием, а вблизи рК каждой функц. группы-максимальным.

^{Табл. 1 — СВОЙСТВА LАМИНОКИСЛОТ}

аминокислоты. Рис. 5

аминокислоты. Рис. 6

_{* В скобках дается однобукв. обозначение А., рекомендуемое ИЮПАК. ** Некодируемые А.к.: остальные кодируются генетич. кодом. *** Раствор в 1 н. HCl.}

^{Табл. 2 — СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ}

аминокислоты. Рис. 7

аминокислоты. Рис. 8

Цвиттер-ионная структура А. подтверждается их большим дипольным моментом (не менее 50∙10⁻³⁰ Кл∙м), а также полосой поглощения 1610–1550 см ⁻¹ в ИК-спектре твердой А. или ее раствора.

Все аминокислоты. Рис. 9 ., кроме аминоуксусной (глицина), имеют асимметрии, α-углеродный атом и существуют в виде двух энантиомеров. За редким исключением прир. аминокислоты. Рис. 10 . относятся к L-ряду (S-конфигурация) и имеют след. пространств. строение:

При переходе от нейтральных растворов к кислым для А. L-ряда увеличивается положит. вращение, для D-ряда-отрицательное. Гидроксипролин, треонин, изолейцин имеют два асимметрич. атома и образуют по две пары диастереомеров. Оптич. активность А. сильно зависит от длины волны поляризованного света (дисперсия оптич. вращения). Как правило, А. более устойчивы к рацемизации, чем их производные. Повышенной конфигурационной стабильностью отличаются N-бензилоксикарбонильные производные А.

Расщепление рацематов А. на оптич. антиподы производят затравочной кристаллизацией их солей с арилсульфокислотами или кристаллизацией диастереомерных солей ацильных производных А. с оптически активными основаниями или солей эфиров А. с оптически активными кислотами. Часто используют энантиоселективный гидролиз ацилами-нокислот ацилазами или гидролиз эфиров А. эстеразами, причем ферменты атакуют в первую очередь L-A. Перспективно расщепление рацематов лигандообменной хроматографией. Хроматографию используют также для анализа энантиомерного состава А.

Химические свойства. Реакции по карбоксильным группам А., аминогруппа которых защищена ацилированием или солеобразованием, протекают аналогично превращениям карбоновых кислот. А. легко образуют соли, сложные эфиры, амиды, гидразиды, азиды, тиоэфиры, галогенангидриды, смешанные ангидриды и т. д. Эфиры А. под действием натрия или магнийорг. соед. превращаются в аминоспирты. При сухой перегонке в присутствии Ba(OH)₂ А. декарбоксилируются.

Реакции аминогрупп А. аналогичны превращениям аминов. А. образуют соли с минер. кислотами и пикриновой кислотой, легко ацилируются хлорангидридами кислот в водно-щелочном растворе (реакция Шоттена — Баумана) и алкилируются алкилгалогенидами. Метилиодид и диазометан превращают А. в бетаины аминокислоты. Рис. 11 . С формалином А. дают мегилольные или метиленовые производные, а в присутствии муравьиной кислоты или каталитически активированного H₂-N,N-диметиламинокислоты. Под действием HNO₂ ароматич. аминогруппы диазотируются, а алифатические замещаются на гидроксил. При обработке эфиров А. изоцианатами и изотиоцианатами образуются производные мочевины и тиомочевины. При нагр. с содой или при одноврем. воздействии алкоголята и CO₂ А. дают соли или эфиры N-карбоксипроизводных А., а при использовании CS₂-аналогичные дитиокарбаматы.

Реакции с одноврем. участием групп NH₂ и COOH наиб. характерны для аминокислоты. Рис. 12 ., которые способны образовывать устойчивые 5-членные гетероциклы. С ионами переходных металлов (Cu, Zn, Ni, Co, Pb, Ag, Hg, Cr) аминокислоты. Рис. 13 . образуют прочные хелатные комплексы, что используется в комплексонах и в комплексообразующих ионообменных смолах на основе аминокарбоновых и аминофосфоновых кислот. При взаимодействии с фосгеном аминокислоты. Рис. 14 . превращаются в циклич. ангидриды N-карбоксиаминокислот (формула I), а при нагр. с уксусным ангидридом или ацетилхлоридом — в азлактоны (II); нагревание А. с мочевиной или обработка изоцианатами дает гидантоины (III), а при использовании аминокислоты. Рис. 15 ., и особенно легко их эфиры, при нагр. превращаются в 2,5-пиперазиндионы, или дикетопиперазины (V). аминокислоты. Рис. 16 . при нагр. дезаминируются и образуют аминокислоты. Рис. 17 -ненасыщенные кислоты, аминокислоты. Рис. 18 и аминокислоты. Рис. 19 . отщепляют воду и образуют 5- и 6-членные лактамы. аминокислоты. Рис. 20 Аминокапроновая кислота при нагр. образует в осн. полиамид и лишь частично превращ. в капролактам, что характерно и для А. с большим числом метиленовых звеньев между функц. группами. Бетаины аминокислоты. Рис. 21 . при нагр. могут обратимо превращ. в эфиры диметиламинокислот, напр.: аминокислоты. Рис. 22 . При элиминировании триметиламина оетаины аминокислоты. Рис. 23 . превращ. в ненасыщ. кислоты, аминокислоты. Рис. 24 и аминокислоты. Рис. 25 -бетаины — в циклич. лактоны. При окислении аминокислоты. Рис. 26 . образуют альдегиды с укороченной углеродной цепочкой. Из-за положит. заряда на четвертичном атоме N бетаины не образуют солей со щелочами. По аналогичной причине аминосульфоновые и аминофосфоновые кислоты не образуют солей с кислотами.арилизотиоцианатовтиогидантоины (IV).

аминокислоты. Рис. 27

аминокислоты. Рис. 28

Анализ. Обычно анализ аминокислоты. Рис. 29 . основан на взаимод. с нингидрином, в результате которого А. расщепляется до альдегида, CO₂ и NH₃, a NH₃ образует с нингидрином фиолетовый краситель. Для количеств. определения измеряют объем выделившегося CO₂ или, чаще, фотометрируют образующийся краситель. Последний метод используется в автоматич. хроматографах, позволяющих разделять на сульфокатионитах и количественно анализировать сложные смеси аминокислот и пептидов. Еще более чувствителен флуоресцентный анализ продуктов реакции А. с о-фталевым диальдегидом. Быстро развивается лигандообменный хроматографический анализ А. и пептидов на силикагельных сорбентах в присутствии ионов меди. Бумажная и тонкослойная хроматография чаще используются для качественного анализа. Измерение объема N₂, выделяющегося при дезаминировании А. азотистой кислотой, а также титрование А. щелочью в избытке формалина (методы Ван Слайка и Сёренсена ) сохранили лишь историческое значение.

Получение.. получают галогенированием карбоновых кислот или эфиров в α-положение с послед. заменой галогена на аминогруппу при обработке амином, аммиаком или фталимидом калия (по Габриелю).

По Штреккеру — Зелинскому аминокислоты. Рис. 31 . получают из альдегидов:

аминокислоты. Рис. 32

Этот метод позволяет также получать нитрилы и амиды соответствующих аминокислоты. Рис. 33 . По сходному механизму протекает образование α-аминофосфоновых кислот по реакции Кабачника — Филдса, напр.:

аминокислоты. Рис. 34

В этой реакции вместо альдегидов м. б. использованы кетоны, а вместо диалкилфосфитов — диалкилтиофосфиты, кислые эфиры алкил(арил)фосфонистых кислот RP(OH)OR и диарилфосфиноксиды Ar₂НРО. Таким путем получен широкий набор комплексонов.

Альдегиды и кетоны или их более активные производные — кетзли служат исходными соед. для синтеза α-А. с увеличением числа углеродных атомов на две единицы. Для этого их конденсируют с циклич. производными аминоуксусной кислоты — азалакгонами, гидантоинами, тиогидантоинами, 2,5-пиперазиндионами или с ее медными или кобальтовыми хелатами, напр.:

аминокислоты. Рис. 35

Удобные предшественники аминокислоты. Рис. 36 .-аминомалоновый эфир и нитроуксусный эфир. К их α-углеродным атомам можно предварительно ввести желаемые радикалы методами алкилирования или конденсации. α-Кетокислоты превращ. в аминокислоты. Рис. 37 . гидрированием в присутствии NH₃ или гидрированием их оксимов или гидразонов.

Некоторые L аминокислоты. Рис. 38 А. ввиду сложности синтеза и разделения оптич. изомеров получают микробиол. способом (лизин, триптофан, треонин) или выделяют из гидролизатов прир. белковых продуктов (пролин, цистин, аргинин, гистидин). Перспективны смешанные химически-ферментативные способы синтеза, напр.:

аминокислоты. Рис. 39

α- Аминосульфоновые кислоты получают при обработке аммиаком продуктов присоединения NaHSO₃ к альдегидам:

аминокислоты. Рис. 40

аминокислоты. Рис. 41 . синтезируют присоединением NH₃ или аминов к аминокислоты. Рис. 42 ненасыщенным кислотам, а также по методу Родионова — конденсацией альдегидов с малоновой кислотой в присутствии NH₃:

аминокислоты. Рис. 43

аминокислоты. Рис. 44 . получают гидролизом соответствующих лактамов (напр., аминокислоты. Рис. 45 капролактама), которые образуются в результате перегруппировки Бекмана из оксимов циклич. кетонов под действием H₂SO₄. аминокислоты. Рис. 46 Аминоэнантовую, аминокислоты. Рис. 47 аминопеларгоновую и аминокислоты. Рис. 48 аминоундекановую кислоты синтезируют из аминокислоты. Рис. 49 тетрахлоралканов путем их гидролиза конц. H₂SO₄ до аминокислоты. Рис. 50 хлоралкановых кислот с послед. аммонолизом:

аминокислоты. Рис. 51

Исходные тетрахлоралканы получают теломеризациеи этилена с CCl₄.

Ароматич. А. синтезируют восстановлением нитробензойных кислот или окислением толуидинов после предварит. бензоилирования аминогруппы. Антраниловую кислоту получают из фталевого ангидрида:

аминокислоты. Рис. 52

Для синтеза аминокислоты. Рис. 53 ., меченных изотопами ¹⁵N и ¹⁴С, обычно пользуются методами Габриеля и Штреккера соответственно. Меченные ³Н А. получают из ненасыщ. предшественников.

Сульфаниловая кислота образуется при нагр. сульфата анилина до 180 °C. Ее мета-изомер получают сульфированием нитробензола с послед. восстановлением нитрогруппы.

Применение. Наиб. интерес представляют 20 L аминокислоты. Рис. 54 А. (аланин, аргинин, аспарагин и др.), входящих в состав белковых молекул. Смеси L-A., а также индивидуальные А. (напр., метионин) применяют в медицине для парэнтерального питания больных с заболеваниями пищеварит. и др. органов, при нарушениях обмена веществ и др.; лизин, метионин, треонин, триптофан — в животноводстве для обогащения кормов; глутамат натрия и лизин — в пищ. промышленности. аминокислоты. Рис. 55 . и их лактамы служат для пром. производства полиамидов. аминокислоты. Рис. 56 Аминомасляная кислота (аминалон) — медиатор в центр. нервной системе, применяется как лекарственное средство при сосудистых заболеваниях головного мозга. Ароматич. А. используют в синтезе красителей и лекарственных средств. На основе аминокарбоновых и аминофосфоновых кислот синтезируют селективные комплексоны, комплексообразующие иониты, лигандообменные сорбенты, ПАВ.

^{Лит.: Гринштейн Дж., ВиницМ., Химия аминокислот и пептидов, пер. с англ., [М.], 1965; Шредер Э., Любке К., Пептиды, пер. с англ., т. 1–2, М., 1967–69; Кабачник М.И. [и др.], "Успехи химии", 1968, т. 37, в. 7, с. 1161–91; Химия полипептидов, пер. с англ., М., 1977. См. также лит. при ст. белки.}

_{В. А. Даванков}

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me

аминокислоты

Значения в других словарях