Методы получения аминокислот

Свойства аминокислот определяются свойствами обеих функциональных групп, присутствующих в молекуле. Аминокислоты существуют в цвиттер-ионной форме, что обусловливает их высокие температуры плавления и растворимость в воде.

Специфической реакцией аминокислот является их способность образовывать пептиды – полимеры небольшого молекулярного веса. Характерной реакцией аминокислот, протекание которой зависит от взаимного расположения функциональных групп, являются их превращение при нагревании. При этом из a-аминокислот образуются дикетопиперазины, из b-аминокислот - a, b-непредельные кислоты, из g, d и e-аминокислот – циклические амиды – лактамы.

С солями двухвалентной меди a-аминокислоты образуют комплексы, которые существуют в виде прочных хелатов. Они окрашены в интенсивно-синий цвет.

С фенилизотиоциантом a-аминокислоты образуют гетероциклические соединения – тиогидантоины.

Каждая аминокислота образует соответствующий только ей тиогидантоин. Образование тиогидантоинов используется при изучении строения белков.

Задачи (аминокислоты)

1. Напишите формулы аминокислот: аминоуксусной, g-аминовалериановой, d-амино-a-метилвалериановой, b-аминопропионовой. Назовите эти кислоты по номенклатуре IUPAC.

2. Каковы структурные формулы глицина, аланина, валина, лейцина?

3. Напишите структурные формулы всех изомерных аминокислот состава С₄H₉O₂N (их пять). Назовите их по международной номенклатуре.

4. Приведите три метода синтеза b-аминопропионовой кислоты.

5. Как аминоуксусная кислота взаимодействует с: аммиаком (нагревание); уксусной кислотой (25°С); PCl₅; тионилхлоридом.

6. Напишите уравнения реакций: глицин + HCl; аланин + ацетилхлорид; a-аминоизомасляная кислота + метанол (Н⁺); b-аминоглутаровая кислота + метилиодид (избыток).

7. Как ведут себя a-, b- и g-аминокислоты при нагревании? Покажите эти реакции на примере нагревания соответствующих a-, b- и g-валериановых кислот.

8. Какие дипептиды образуются при нагревании смеси глицина и аланина?

9. Каково строение аминокислот в кристаллическом состоянии? Что такое цвиттер-ион? Что такое изоэлектрическая точка аминокислот? В чём заключается амфотерность аминокислот (приведите соответствующие реакции)?

УГЛЕВОДЫ

Углеводы – это соединения общей формулы C_n(H₂O)_m. Они делятся на простые углеводы, или монозы, которые являются полиоксиальдегидами (альдозами) и полиоксикетонами (кетозами), и сложные (дисахариды и полисахариды).

Моносахариды в твердом состоянии находятся в циклической форме, а в растворе – в виде трех таутомерных форм, за счет существования цикло-цепной таутомерии.

На долю линейной формы в случае глюкозы приходится менее 0,002%.

Глюкоза дает все типичные реакции альдегидов и спиртов.

Химические свойства моноз

В зависимости от типа реагента монозы вступают в реакции в линейной или циклической форме.

В состав сложных углеводов монозы входят только в циклической форме.

В зависимости от того, за счет каких гидроксилов происходит соединение двух моноз при образовании дисахаридов, различают восстанавливающие и невосстанавливающие сахара.

У восстанавливающего дисахарида в одной из циклических форм сохраняется гликозидный гидроксил, вследствие чего при растворении его в воде в результате цикло-цепной таутомерии появляется альдегидная группа, которая и дает реакцию серебряного зеркала.

У невосстанавливающего сахарида соединение двух моноз происходит за счет конденсации гликозидных гидроксилов. При растворении в воде таких дисахаридов цикло-цепная таутомерия отсутствует, поэтому такой дисахарид не может давать реакции по альдегидной группе. При гидролизе этих дисахаридов в кислых условиях происходит разрыв ацетальной связи. В образующихся монозах в результате цикло-цепной таутомерии появляется альдегидная группа, которую можно обнаружить с помощью реакции серебряного зеркала. Смесь глюкозы и фруктозы, которая образуется при гидролизе невосстанавливающего сахара – сахарозы, называется инвертированным сахаром, а сам процесс – инверсией сахарозы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Опыт 1.Окисление глюкозы аммиачным раствором оксида серебра и реактивом Фелинга.

а) Налейте в пробирку 2 мл 5%-ого раствора глюкозы и 2 мл аммиачного раствора оксида серебра. Смесь нагрейте на водяной бане в течение 5 минут. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

б) К 5 мл раствора Фелинга добавьте 1 мл 5%-ого раствора глюкозы. Нагрейте на кипящей водяной бане. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 2.Инверсия сахарозы (гидролиз сахарозы).

В две пробирки налейте по 10 мл 2%-ого раствора сахарозы. В одну пробирку прибавьте 2 мл концентрированной соляной кислоты. Содержимое обеих пробирок кипятите 5 минут. Реакционную смесь, куда была прибавлена соляная кислота, нейтрализуйте, добавив 2 мл концентрированного раствора гидроксида натрия. В обе пробирки добавьте по 3 мл реактива Фелинга и слегка нагрейте в течение 2 минут. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 3.Получение ацетилцеллюлозы.

Поместите в пробирку 0.5 г ваты. Прилейте к ней 25 мл ледяной уксусной кислоты, 25 мл уксусного ангидрида и 0.5 мл концентрированной кислоты. Реакционную смесь нагрейте на водяной бане до полного растворения ваты. Вылейте смесь в стакан с 200 мл воды. Ацетилцеллюлоза выпадает в виде хлопьев. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 4.Реакция крахмала с йодом.

Налейте в пробирку 2 мл раствора крахмала и 2 капли раствора йода. Раствор окрашивается в синий цвет вследствие образования комплексных соединений и адсорбции. Пробирку нагрейте на водяной бане. Синяя окраска исчезнет. При охлаждении она появляется вновь. Реакция с йодом является качественной реакцией на крахмал.

Задачи (углеводы)

1. Проведите классификацию следующих моносахаридов по числу атомов углерода и по типу группы C=O. По возможности назовите их.

2. Что такое асимметрический атом углерода? Отметьте все асимметрические атомы в молекуле D-арабинозы. Почему это соединение относят к D-ряду? Приведите формулу Фишера для L-арабинозы.

3. Напишите схему синтеза альдогексоз из D-арабинозы оксинитрильным методом. Сколько альдоз получается, чем они отличаются? Что такое эпимеры?

4. Какие продукты образуются при взаимодействии D-маннозы с NaBH₄, гидроксиламином, CH₃I (в присутствии Ag₂O), избытком фенилгидразина, бромной водой, HNO₃ (конц.), избытком (CH₃O)₂SO₂?

5. В чём заключается явление цикло-цепной таутомерии? Напишите формулы Хеуорса для фуранозных и пиранозных форм D-талозы:

Укажите во всех формулах полуацетальный (гликозидный) гидроксил. Чем различаются a- и b-аномеры моноз?

6. Какие гексозы изображены ниже? Назовите каждую структуру и постройте для неё формулу Фишера.

7. Напишите схему образования дисахарида: a-D-глюкопиранозил-b-D-фруктофуранозид (сахароза). Назовите исходные моносахариды. К какому типу дисахаридов относится сахароза?

8. В чём смысл явления мутаротации? Возможно, ли наблюдать это явление на примере сахарозы, мальтозы? В чём сходство и различие между этими дисахаридами в следующих химических реакциях: гидролиз, окисление реактивом Фелинга, образование метилглкозидов (реакция с метанолом в присутствии HCl)?

9. Напишите, используя структурные формулы, схемы образования из D-глюкозы: крахмала (амилозы) и целлюлозы. Объясните различие в строении этих полисахаридов.

10. Какие продукты получают при нитровании и ацилировании целлюлозы? Приведите схемы реакций. Что такое целлулоид, нитроцеллюлоза, вискозное и медно-аммиачное волокно, где применяются эти соединения?