ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ФАРМАЦИЯ
.pdfCOONa |
|
|||
|
|
|
|
Cu(OH)2 |
HC |
|
|
OH |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 2 H2O |
HC |
|
OH |
||
|
|
COOK
Na,K соль винной кислоты
COONa |
COONa |
HC O H-O CH
Cu
HC O-H O CH
COOK |
COOK |
реактив Фелинга (раствор синего цвета), используется для качественной реакции при определении альдегидной группы (см. тему "Альдегиды, кетоны")
АМИНОКИСЛОТЫ
Общая формула:
O
R C
OH
n
NH2 m
Органические кислоты (одноосновные, двухосновные), содержащие одну или несколько аминогрупп.
Номенклатура В таблице (смотри ниже) приведены формулы и названия α - аминокислот и их
производных, входящих в состав природных белков. Чаще всего, пользуются тривиальными названиями аминокислот.
Оптическая изомерия аминокислот
Все α-аминокислоты, кроме глицина, имеют один асимметрический α- углеродный атом и существуют в виде пары энантиомеров. Природные α- аминокислоты с одним асимметрическим атомом углерода С* относятся к L- ряду (S-конфигурация).
|
COOH |
|
|
COOH |
||||
H |
|
|
NH2 |
|
H2N |
|
|
H |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
CH3 |
D(-) - аланин L(+)- аланин
Гидроксипролин, треонин и изолейцин имеют два асимметрических атома углерода, следовательно существуют в виде двух D,L - пар.
Конфигурация D,L – пар для изолейцина
177
|
COOH |
|
|
|
COOH |
|||||
H |
|
|
|
NH2 |
|
NH2 |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
H |
|
|
|
CH3 |
|
CH3 |
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2CH3 |
|
|
|
CH2CH3 |
|||||
т.пл. |
D (эритро) |
|
|
|
L (эритро) |
|||||
274 - 2750C |
|
|
|
2780C |
(с разложением)
178
|
|
COOH |
|
|
|
COOH |
||||||
H |
|
|
|
NH2 |
|
NH2 |
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
CH3 |
|
|
|
|
H |
|
H |
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2CH3 |
|
|
CH2CH3 |
|||||||
|
|
D (трео) |
|
|
|
L (трео) |
||||||
|
|
283-2840C |
|
|
|
285-2860C |
Природная аминокислота L-(трео): [α]D20 + 10,70 в H2O
[α]D20 +40,80 в 20% HCl
Тривиальное |
Название IUPAC |
Формула |
Обозначение в |
[M]D24-26 * |
pI ** |
|||
название |
|
|
|
|
|
биохимии |
|
|
(однобуквенное |
|
|
|
|
|
|
|
|
обозначение) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моноаминокарбоновые кислоты |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глицин (G) |
Аминоэтановая кислота |
H-CH-COOH |
Gly |
Оптически |
5,97 |
|||
(гликокол) |
|
|
|
|
|
|
неактивна |
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
||
Аланин (А) |
2(α)-аминопропановая кислота |
CH3- |
CH-COOH |
Ala |
+13,0 |
6,00 |
||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
||
Аминомасляная |
2(α)-аминобутановая кислота |
CH3-CH2-CH-COOH |
Abu |
+21,2 |
5,98 |
|||
кислота (нет) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
Валин (V) |
2(α)-амино-3-метилбутановая |
CH3 |
Val |
+33,1 |
5,96 |
|||
|
кислота |
CH-CH-COOH |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
CH3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
Лейцин (L) |
2(α)-амино-4-метилпентановая |
CH3 |
Leu |
+21,0 |
5,98 |
|||
|
кислота |
CH-CH2- |
CH-COOH |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
CH3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изолейцин (I) |
2(α)-амино-3-метилпентановая |
C2H5 |
Ile |
+51,8 |
5,94 |
||||||||
|
кислота |
|
CH-CH-COOH |
|
|
|
|||||||
|
|
CH3 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
||||||
Фенилаланин (F) |
2(α)-амино-3-фенилпропановая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Phe |
-7,4 |
5,48 |
|
кислота |
|
|
CH2- |
CH-COOH |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
||||||||
|
|
Моноаминодикарбоновые кислоты |
|
|
|
||||||||
Аспарагиновая |
аминобутандиовая кислота |
HOOC-CH2- |
CH-COOH |
Asp |
+33,8 |
2,77 |
|||||||
кислота (D) |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
||||||
Аспарагин (N) |
β-амид аминобутандиовой кислоты |
H2NOC-CH2- |
|
CH-COOH |
Asn |
+37,8 |
5,41 |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
||||||
Глутаминовая |
2-аминопентандиовая кислота |
HOOC-CH2-CH2- |
CH-COOH |
Glu |
+46,8 |
3,22 |
|||||||
кислота (E) |
(α-аминоглутаровая) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
||
Глутамин (Q) |
γ-амид 2-аминопентандиовой |
NH2(O)C-CH2-CH2- |
CH-COOH |
Gln |
+46,5 |
5,65 |
|||||||
|
|||||||||||||
|
кислоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
Диаминомонокарбоновые кислоты
Орнитин (нет) |
2-амино-5-аминопентановая |
|
NH2(CH2)3- |
CH-COOH |
Orn |
+37,5 |
9,70 |
|||||
|
кислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(α-амино-δ-аминовалериановая) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Лизин (K) |
2-амино-6-аминогексановая кислота |
CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOH |
Lys |
+37,8 |
9,59 |
|||||||
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
2-амино-5- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аргинин (R) |
аминогуанидинопентановая |
|
NH-CH2-CH2-CH2- |
CH-COOH |
Arg |
+48,1 |
11,15 |
|||||
|
кислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(α-амино-δ- |
|
C=NH |
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
гуанидиновалериановая) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Оксиаминокислоты |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Серин (S) |
2-амино-3-оксипропановая кислота |
|
|
CH2- |
CH-COOH |
Ser |
+15,9 |
5,68 |
||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
OH |
NH2 |
|
|
|
||||
Треонин (T) |
2-амино-3-оксибутановая кислота |
|
CH3- |
CH-CH-COOH |
Thr |
-17,9 |
5,64 |
|||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
OH NH2 |
|
|
|
|
2-амино-3-(п-оксифенил) |
Тирозин (Y) |
пропановая кислота |
|
|
CH2-CH-COOH
HO |
NH2 |
Tyr |
-21,5 |
5,66 |
|
|
|
Тиоаминокислоты
Цистеин (C) |
2-амино-3-тиопропановая кислота |
|
CH2- |
CH-COOH |
Cys |
+7,9 |
5,02 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SH |
NH2 |
|
|
|
||||
Метионин (M) |
2-амино-4-тиометилбутановая |
CH3-S-CH2-CH2- |
CH-COOH |
Met |
+34,6 |
5,74 |
||||
|
кислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
Гетероциклические аминокислоты |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пролин (P) |
2-пирролидинкарбоновая кислота |
|
|
|
|
|
|
Pro |
- 69,5 |
6,30 |
|
|
|
N |
|
COOH |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
|
|
Гидроксипролин |
4-окси-2-пирролидинкарбоновая |
|
|
|
|
(нет) |
кислота |
Hyp |
- 66,2 |
5,74 |
|
|
N |
COOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
Триптофан (W) |
2-амино-3-(3’-индолил)пропановая |
|
|
|
|
CH2-CH-COOH |
Trp |
+13,0 |
5,89 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
NH2 |
|||||
|
|
N |
|
||||||
|
кислота |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
Гистидин (H) |
2-амино-3-(4’-имидазолил) |
|
|
CH2-CH(NH2)-COOH |
His |
+18,3 |
7,47 |
||
N |
|
|
|||||||
|
пропановая кислота |
|
|
|
|
|
|||
|
|
N |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
*Удельное вращение раствора аминокислоты в 5 н НСl [α] при 24 -260С – называется молярным и обозначается [M]D24-26
** Изоэлектрическая точка (понятие pI приведено в свойствах аминокислот)
Аналогично изолейцину может быть описан треонин, ниже приводится конфигурация природного треонина.
COOH
NH2 H
H OH
CH3
L (трео) треонин (природная аминокислота)
Tпл 2530С (с разложением), [α]D26 - 28,30 в H2O
Методы получения аминокислот
Оптически активные аминокислоты получают из белкового гидролизата, микробиологическим и ферментативным методами. При химических способах получения образуются рацематы, которые используют, как таковые, либо разделяют.
1. Аминолиз (аммонолиз) галогенкарбоновых кислот
|
|
O |
NH3/H2O |
|
|
O |
|
|
|
R-HC |
|
C |
|||
R-HC |
|
C |
|
|
|
||
|
|
|
|||||
Cl |
OH |
(NH4)CO3 |
|
|
OH |
||
NH2 |
|||||||
|
|
|
-HCI |
|
|
|
2. Синтез Габриэля (более подробно см. синтез аминов)
C O |
1) Br-CH(R)COOR/ |
R-CH-COOR/ + |
C |
ONH |
|
N K |
2) NH NH |
2 |
|
|
|
C |
2 |
NH2 |
C |
NH |
|
|
|
||||
O |
|
|
|
|
O |
фталимид калия |
|
|
|
|
|
R, R/ - алкилы
3. Синтез по Штекеру – Зелинскому (модификация циангидринного синтеза)
RCH=O |
NH4Cl, NaCN |
R-CH-C |
|
N |
2 H2O, H R-CH-COOH |
||||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
α-аминонитрил |
|
|
α-аминокислота |
183
4. Синтез с помощью малонового эфира (см. тему “Двухосновные карбоновые кислоты”)
|
|
|
O |
|
O |
|
HO-N=O |
O=N-CH(COOC2H5)2 |
|
H2/Ni |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
C H O-C CH |
−C-OC H |
|
|
|
|
|
|
|
NH |
-CH(COOC H ) |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
2 |
5 |
|
2 |
|
2 |
5 |
- H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
5 2 |
||||
(CH3CO)2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Na |
|
|
|
|
CH2R |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
C |
H ONa |
|
|
R-CH -Br |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
NH-CH(COOC2H5)2 |
|
|
|
|
|
|
NH-C-(COOC H ) |
|
|
NH-C-(COOC |
H ) |
2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
O (защита |
-C2H5OH |
C O |
2 5 2 |
R - алкил C |
O |
2 |
5 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
CH |
|
аминогруппы) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
H3O |
|
|
|
|
|
COOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
NH2-C-COO-H |
|
|
|
|
|
|
|
R-CH2- |
|
CH-COOH |
|
|
|
|
|
|
||||||||
- CH3COOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
- CO2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
CH2R |
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
(снятие защиты, гидролиз и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
декарбоксилирование)
Реакционная способность
Аминокислоты, имея кислотную (карбоксильную) и осно́вную(аминную) группу, являются амфотерными соединениями. Аминокислоты реагируют с кислотами и основаниями, при этом образуются соли.
Наличие кислотной и осно́внойгрупп в одной молекуле приводит к внутримолекулярному протонированию аминогруппы, поэтому аминокислоты существуют в виде внутренних солей – диполярных ионов, называемых цвиттер-ионами (от нем. zwei - два).
NH2-HC C |
O |
NH3-HC C |
O |
|
OH |
O |
|||
R |
R |
|||
|
|
Диполярный ион (цвиттер-ион)
За счет ионного строения аминокислоты являются кристаллическими веществами с высокими температурами плавления, хорошо растворимы в воде и плохо растворимы в органических растворителях.
Амфотерность аминокислот
Амфотерность аминокислот выражается в том, что аминокислоты дают соли при взаимодействии с кислотами и основаниями.
NH -HC |
|
|
C O |
HCl |
NH -HC |
|
C O |
NaOH |
NH |
-HC |
|
C O |
+ H2O |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
3 |
|
|
OH |
3 |
|
|
O |
|
|
2 |
|
|
ONa |
|
|
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3 |
|
CH |
|
|
|
CH3 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
натриевая соль аланина |
||||||
Cl гидрохлорид аланина |
|
аланин |
|
|
184
Значение рН, при котором аминокислота является электрически нейтральной (существует только в виде цвиттер-иона), называется изоэлектрической точкой, рI.
R-CH-COO |
|
HO |
R- |
CH-COO |
|
H |
|
R- |
CH-COOH |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
H |
|
HO |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
NH |
|
|
NH3 |
|
|
|
NH3 |
||||
2 |
|
|
|
|
|
pI |
|
|
|
низкие значения рН |
||
высокие значения рН |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
(анионная форма) |
|
изоэлектрическая точка |
|
(катионная форма) |
В большинстве случаев водные растворы аминокислот имеют слабокислую реакцию, т.к. кислотность NH3+ выше основности группы СОО- В воде аминогруппы способны протонировать молекулы воды.
NH3-HC C |
O H2O |
NH2-HC C |
O |
O |
+ H3O |
||
R |
R |
O |
|
|
|
Аминокислоты более сильные кислоты, чем карбоновые, но более слабые основания, чем первичные амины.
Реакции по амино- и карбоксильной группам
1. Образование хелатов с ионами тяжелых металлов, реакция относится к качественным.
|
Cu |
+2 |
O |
|
O |
H2N |
CH2 |
||
|
C |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
2 NH2-CH2COOH |
|
|
|
|
|
|
|
Cu |
C |
|
|
|
|
|
|
|
|||
глицин |
|
|
H2C |
|
NH2 |
O |
|||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
O |
||
|
|
|
|
хелат (раствор темно-синего цвета) |
2. Реакция с NaNO2/HCl (HNO2)
CH2-COOH + HNO2 |
|
CH2-COOH + N2 + H2O |
|
||
NH2 |
|
OH |
|
|
оксиэтановая кислота |
С помощью этой реакции по объему выделившегося азота определяют количество аминокислот в растворе.
185