АМИНОКИСЕЛИНИ (доц. Г. Велинов)

Аминокарбоксилните киселини, често наричани аминокиселини, могат да се разглеждат като производни на карбоксилните киселини, в молекулите на които един, два или повече водородни атома са заместени с аминогрупи.В зависимост от природата на въглеводородния радикал, с който са свързани аминогрупата (-NH2) и карбоксилната група (-СООН), аминокиселините се разделят на две големи подгрупи: мастни (наситени и ненаситени) и ароматни аминокиселини. мастни ароматни

COOH

NH2H2N-CH2-COOH

-аминооцетна киселина орто-аминобензоена киселина аминоетанова киселина 2-аминобензоена киселина -аминокилселините имат обикновено тривиални названия, свързани с обекта от който за пръв път са изолирани или с някои техни свойства. Например аминооцетната киселина, която има сладък вкус се нарича глицин или гликокол - “сладко лепило”, защото се получава при хидролиза на туткал. Според систематичната номенклатура на IUPAC , взаимното разположение на аминогрупата и карбоксилната група се обозначава с цифра. Броенето започва от карбоксилната група.Според рационалната номенклатура с букви от латинската азбука се обозначава мястото на аминогрупата спрямо карбоксилната при мастните аминокиселини и с представките орто- , мета- и пара- при ароматните.

CH2-COOH

NH2

NH2

COOH

аминооцетна киселина орто-аминобензоена к-на 2-аминоетанова киселина 2-аминобензоена киселина

COOH

NH2

3 2 1

NH2

H3C-CH-COOH

-аминопропионова к-на мета-аминобензоена к-на 2-аминопропанова к-на 3-аминобензоена к-на

1

H2N-CH2-CH2-COOH

COOH

H2N

-аминопроппионова к-на пара-аминобензоена к-на 3-аминопропанова к-на 4-аминобензоена к-на (Местата на други функционални групи също се обозначават с цифри)

H2N-CH2-CH2-CH2-COOH

COOH

OH

NH2

-аминомаслена к-на пара-аминосалицилова к-на 4-аминобутанова к-на (ПАСК) 2-хидрокси-4-аминобензоена киселина 6 5 4 3 2 1

H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH -аминокапронова к-на 6-аминохексанова к-на

ИЗОМЕРИЯ ПРИ АМИНОКАРБОКСИЛНИТЕ КИСЕЛИНИХарактерна е позиционната изомерия в зависимост от взаимното разположение на двете функционални групи:

СН3-СН2-СН-СООН СН3-СН-СН2-СООН СН2-СН2-СН2-СООН NH2 NH2 NH2

2-амонобутанова 3-аминобутанова 4аминобутанова -аминомаслена -аминомаслена -аминомаслена

COOH

NH2

COOH

NH2

COOH

NH2

орто-аминобензоена мета-аминобензоена пара-аминобензоена 2-аминобензоена 3-аминобензоена 4-аминобензоена

Възможна е също така и верижна изомерия:

СН3

2

Н3С-С-СООН 2-амино-2-метил-пропанова к-на - верижен изомер на -аминомаслената киселина NH2

СТРОЕЖ НА МОЛЕКУЛИТЕ-Аминокиселините, с изключение на амонооцетната киселина, притежават асиметричен въглероден атом, което предполага съществуването на две пространствено изомерни форми, т.е. два енантиомера : L и D-форми. Прородните -аминокиселини са с L-конфигурация.

R

COOH

R

COOH

H2N C H H C NH 2

L-форма D-форма

Заместителите R в природните -аминокиселини са твърде различни. Прието е R да се нарича странична верига:

R формула название съкращение

-Н H2N-CH2-COOH глицин Gly

-CH3 CH3-CH-COOH аланин Ala NH2

-CH2SH HS-CH2-CH-COOH цистеин Cys NH2

-CH2OH HO-CH2-CH-COOH серин Ser NH2

-(CH2)4NH2 H2N-(CH2)4-CH-COOH лизин Lys NH2

CH2- CH2-CH-COOH

NH2 фенилаланин Phe

Аминокиселините притежават две функционални групи, които могат да се йонизират:

H2N-CH2-COOH H2N-CH2-COO- + H

+

Карбоксилната група може да отдели протон, в резултат на което да се образува анион. Това превръщане протича в алкална среда, където излишъкът на хидроксидните йони свързва протона в слаб електролит - вода:

3

H2N-CH2-COOH + OH- H2N-CH2-COO

- + H2O

Аминогрупата може да присъедини протон с образуване на катион. Това превръщане протича в кисела среда, в която излишъкът на водородни йони подтиска дисоциацията на карбоксилната група:

H

H2N-CH2-COOH + H+ H2N - CH2-COOH (H3N - CH2-COOH)

Съществуват междинни стойности на киселинност, при които степента на йонизация е еднаква за двете групи:

O H

O

H

H

CH2 C

N:H3N - CH2 -COO-

вътрешномолекулнасол (двуполюсен йон)

Тази стойност на киселинност на средата, при която двете групи - амино- и карбоксилната са йонизирани, се нарича изоелектрична точка. При изоелектричната точка двуполюсният йон не се движи в електрично поле, защото сумарният му заряд е равен на нула.Особен интерес представляват аминокиселините , които са основни градивни единици на белтъчните молекули. Това , че структурата им е вътрешно молекулна сол с йонен строеж, оказва влияние върху техните свойства. Подобно на солите с йонна кристална решетка, те се топят при висока температура. Например аминооцетната киселина се топи при 292 оС. Ароматните аминокиселини, при които вътрешно молекулното взаимодействие между карбоксилната и аминогрупата е затруднено, се топят при значително по-ниски температури. Например орто-аминобензоената киселина се топи при 145оС . Двойката електрони от аминогрупата се спряга с електроните на ароматното ядро, поради което силно са намалени основните свойства на аминогрупата, а от там и способността за солеобразуване с карбоксилната група.

Солевият строеж на аминокиселините обуславя тяхната добра разтворимост в полярния разтворител вода.Наличието на две функционални групи с противоположен характер в молекулите на аминокиселините обуславя техния амфотерен характер и двойствената им реакционна способност.Подобно на амоняка и на аминините аминокиселините реагират с минерални и други киселини, като се получават соли:

4

NH2

COOH

H

HH

H N - CH2 - COOH + H+ :Cl:

- [H - N

+- CH2 - COOH] Cl

-

аминооцетна киселина хидрохлорид на аминооцетната киселина

хидросулфат на аминооцетната киселина

Подобно на карбоксилните киселини те взаимодействат с основи и алкохоли:

H2N-CH2-COO + H+ + Na+ + OH H2N-CH2-COO + Na+ + H2O

H+

H2N-CH2-COOH + HOC2H5 H2N-CH2-COOC2H5 + H2O етилов естер на аминооцетната к-на

Естерите на аминокиселините имат основни свойства, които се дължат на аминогрупата.При аминокиселините теоретично съществува възможност за взаимодействие на еднакви или различни молекули аминокиселини помежду си, в резултат на което се получават пептиди:

H2N-CH2-COOH + H-NH-CH2-COOHH2N-CH2-CONH-CH2-COOH+ H2O глицин глицин глицил-глицин

H2N-CH2-COOH + H-NH-CH-COOH H2NCH2-C-NH-CH-COOH CH3 O CH3

глицин аланин глицил-аланин

ОВръзката С NH , която свързва аминокиселинните остатъци се нарича пептидна. Когато броят на свързаните по такъв начин аминокиселинни остатъци е по-голям, съединенията се наричат полипептиди.Полипептидите в много отношения приличат на белтъците. Пионер в полипептидната химия е големият немски химик Емил Фишер, който през 1907 г. успя да синтезира някои по-нискомолекулни полипептиди. През

5

2H2N-CH2-COOH + H2SO4 [H 3N-CH2-COOH]2SO4-2

1970 г. Мерифилд чрез твърдофазен полипептиден синтез успя да получи ензима рибонуклеаза.

Характерна качествена реакция за откриване на пептидна връзка е биуретовата реакция. В алкохолен разтвор на пептид под действието на меден сулфат в зависимост от броя на пептидните групи се получава характерно синьо-виолетово до червено-виолетово оцветяване. Реакцията се използва за качествено доказване на пептиди.

Освен в реакциите, които се определят от карбоксилните и аминогрупите, аминокиселините встъпват и в реакции, характерни и за страничните вериги R- , които могат да съдържат различни функционални групи.При загряване на аминокиселини се получават (чрез вътрешномолекулно обезводняване) циклични съединения, наречени лактами:

C=ON

H

- H2O

CH2-CH2-CH2-CH2-CH2

HOH C=ON

H

CH2-CH2-CH2-CH2-CH2

-аминокапронова киселина капролактам

Капролактамът е изходен продукт при получаването на синтетичното влакно капрон .От ароматните аминокиселини се произвеждат багрила и лекарствени препарати. Например пара-аминосалициловата киселина ПАСК е отлично лекарствено средство против туберкулозата:

COOH

OH

NH2

Пара Амино Салицилова Киселина (ПАСК)

При свързване на аминокарбоксилни киселини в полипептиди, съществуват редица възможности за получаване на изомерни съединения. Например при свързване на аланин и глицин могат да бъдат получени два изомера:

CH3CH3

H2N-CH- C -NH-CH2-COOH H2N-CH2- C -NH-CH-COOH

O O

аланилглицин глицилаланин

6

При свързването на две молекули глицин и една молекула аланин се получават следните съединения:

OO CH3

H2N-CH2- C -NH-CH2- C-NH-CH-COOH

глицил-глицил-аланин

аланил-глицил-глицин

глицил-аланил-глицин

Аминокиселините взаимодействат с азотиста киселина до съответната хидроксокиселина (метод на Ван Слайк) и кондензационно с формалдехид (метод на Сьоренсен). Тези реакции стоят в основата на методи за количествено определяне на аминокиселини:

R R

H

H

HOOC-CH-N + O=C HOOC-CH-N=CH2 + H2O H

H

ПОЛУЧАВАНЕ

Природните аминокарбоксилни киселини се получават чрез хидролиза на белтъци при нагряване в присъствие на разредени киселини или при обикновени условия под действието на ензими.Съществуват и синтетични методи за получаване на аминокарбоксилни киселини:1. Общ метод за получаване на мастни аминокарбоксилни киселини е

взаимодействието на халогенирани карбоксилни киселини с амоняк:

7

C-NH-CH 2-COOH

OOCH3

N-CH - C -NH-CH 2- H2

R R

H

H

HOOC-CH-N + O=N-OH HOOC-CH-OH + N2 + H2O

OO

C-NH-CH 2-COOH CH-H2N-CH2-C-NH-

CH3

R CH

Cl

COOH + 2NH3 R CH

NH2

COOH + NH4Cl

2. При взаимодействие на алдехид и циановодород, при което на получения хидрокси нитрил се действа с амоняк, а след това аминонитрилът се осапунва (хидролиза в кисела среда):

CRH

O+ HCN CHR

CN

OH

+NH3

-H2O

NH2

CN

R CHH2O(HCl)

R CH

NH2

COOH

3. аминокарбоксилни киселини се получават чрез присъединяване на амоняк към ненаситени карбоксилни киселини, при които двойната връзка е на второ място спрямо карбоксилнита група:

CH2 CH COOH + HNH2

+ -

CH2

NH2

CH2 COOH

При тези ненаситени киселини присъединяването на полярни реагенти (HX , NH3 , H2O и др.) става противно на правилото на Марковников (анти Марковников). Причина за това е отрицателният индукционен ефект на карбоксилната група, в резултат на който -електроните на двойната връзка се спрягат по посока на карбоксилната група:

CH2 CH CO

O H

+-

NH2

H

+

-

Окъомври, 2002 г.

8