Азотсодержащие соединения Амины Аминокислоты 12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 1 ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Лекция 17
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 2 АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 3 аммиак ион аммония триметиламин основание Шиффа ( кетимин ) диазосоединение азоксисоединение азот ацетонитрилнитрил катион метилдиазония
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 4 АМИНЫ Амины – это органические производные аммиака: аммиак триметиламин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 5
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 6 1. Строение Рис. 1. Структура триметиламина по данным РСА Рис. 2. Структура катиона триметиламмония по данным РСА
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 7 2. Номенклатура метиламин диметиламин метилэтиламин тетраметилендиамин пентаметилендиамин гексаметилендиамин ( путресцин ) ( кадаверин)
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 8 аммоний хлорид триметиламмоний бромид тетраметиламмоний йодид (хлорид аммония) бромид триметиламмония ) (йодид тетраметиламмония )
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 9 2. Классификация аминов 2.1. По характеру углеводородного радикала Алифатические : бутиламин ( бутанамин ) триэтиламин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 10 Алициклические: Циклогексиламин дициклогексиламин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 11 Ароматические: анилин о- метиланилин a - нафтиламин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 12 Гетероциклические: пиперидин пиперазин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 13 Смешанные: N,N- диметиланилин N- метилпиперидин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 14 2.2 К лассификация по количеству углеводородных заместителей у атома азота первичные вторичные третичные
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 15 3. Изомерия аминов 3.1. Изомерия углеродного скелета 3.2. Изомерия положения аминогруппы пентиламин 2-пентиламин 3-пентиламин пентиламин 3-метилбутиламин 2-метилбутиламин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 16 3.3. Метамерия бутиламин метилпропиламин диэтиламин диметилэтиламин учитывая также изомерию углеродного скелета, можно привести ещё один изомер:
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 17 3.4. Оптическая изомерия ( R )- метилпропилэтиламин ( S )- метилпропилэтиламин (попробуйте совместить эти два изомера)
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 18 4. Физические свойства Первые два члена ряда первичных аминов являются газами, средние члены - жидкостями, высшие амины – твёрдые вещества. Растворимость в воде убывает по мере возрастания длины углеводородного радикала; у первых членов гомологических рядов аминов она значительна. Анилин – простейший ароматический амин- представляет собой жидкость. Нафтиламины являются твёрдыми веществами.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 19 5. Биологические свойства Как правило, соединения, содержащие аминогруппу, проявляют значительную биологическую активность или же имеют большую биологическую значимость. Многие амины сильно ядовиты. b - нафтиламин бензидин Канцерогены!
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 20 6. Химические свойства 6.1. Кислотные и основные свойства
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 21 6.2. Нуклеофильные свойства реакция Гофмана (1850 ) реакция Меншуткина (1850): метиламин диметиламин триметиламин триметиламин бромметан бромид тетраметиламмония
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 22 бромид аммония бромид алкиламмония
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 23 6.3. Взаимодействие с азотистой кислотой N- нитрозоамин спирт N- нитрозоамин N- нитрозоамины – сильные канцерогены!
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 24 Соли азотистой кислоты - нитрит натрия (Е250) и нитрит калия ( E249) используются как пищевые добавки. Используются как 1. А нтиокислитель, поддерживающий “ естественный цвет ” изделий из мяса и рыбы. 2. А нтибактериальный агент, препятствующий росту возбудителя ботулизма Clostridium botulinum
Jpn J Cancer Res. 2000 Feb;91(2):139-47. Renal carcinogenicity of concurrently administered fish meal and sodium nitrite in F344 rats. Furukawa F, Nishikawa A, Ishiwata H, Takahashi M, Hayashi Y, Hirose M. Division of Pathology, National Institute of Health Sciences, Tokyo. Abstract The effects of long-term concurrent administration of powdered fish meal and sodium nitrite were examined in F344 rats. … Dimethylnitrosamine was found in the stomach contents after 4-week treatment … The results clearly indicate that concurrent administration of fish meal and sodium nitrite induces renal epithelial tumors.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 26 Реакция идёт через образование катиона диазония, который распадается на азот и карбокатион, дающий при взаимодействии с водой спирт:
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 27 Ароматические катионы диазония стабилизируюся сопряжением с ароматической системой и являются вполне устойчивыми и выделяемыми. К атионы диазония является хорошими электрофилами и вступают в реакции электрофильного замещения, с образованием азосоединений. Реакция была открыта Гриссом в 1858 году и носит название реакции азосочетания : хлорид фенилдиазония фенол 4-фенилазофенол ( 4-фенилдиазенилфенол)
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 28 Азосоединения используются как : 1. Искусственные красители для крашения тканей, гистологических препаратов, пищевых продуктов и т.д. Масляный жёлтый - канцероген Оранжевый GGN ( E111 ) Жёлтый «солнечный закат» также Апельсиновый жёлтый S (E110) Жёлтый 2 G (E107) Тартразин ( E102 ). и др.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 29 2. Индикаторы Метиловый оранжевый http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Methyl-orange-sample.jpg
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 30 6.3. Окисление аминов 6.3.1. Горение. Амины горят с образованием CO 2, H 2 O и N 2. 6.3.2. Образование N -оксидов.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 31 6.3.3. Окисление анилина. При окислении анилина образуются анилиновые красители. Впервые анилиновый краситель был получен английским химиком У.Г. Перкиным (1838-1907). В 1856 году при попытке окисления грязного анилина он получил мовеин. Окисление анилина хлорной известью (появление фиолетового цвета) используется для обнаружения анилина.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 32 7. Получение 7.1. Реакция Гофмана (см. выше ) Для получения первичного амина без примесей используют синтез Габриэля: реакция галогенопроизводного с фталимидом калия, с последующим гидролизом образующегося амида :
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 33 7.2. Восстановление нитросоединений (реакция Зинина) Sn / HCl, Fe / HCl, (NH 4 ) 2 S, H 2 / Pt )
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 34 7.3. Восстановление нитрилов, амидов, оксимов, гидразонов
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 35 7.4. Расщепление амидов по Гофману и азидов по Курциусу
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 36 7.5. Декарбоксилирование аминокислот
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 37 АМИНОКИСЛОТЫ Аминокислоты – соединения, содержащие карбоксильную (COOH) и аминогруппу (NH 2 ).
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 38 1. Классификация 1.1. по положению аминогруппы
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 39 1.2. По количеству карбокси - и аминогрупп Моноамино монокарбоновые кислоты (глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, цистеин, фенилаланин, тирозин, метионин, триптофан и т.д.) Моноамино дикарбоновые кислоты (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота) Диамино монокарбоновые кислоты (лизин, аргинин) Диамино дикарбоновые кислоты ( цистин )
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 40 1.3 Классификация по встречаемости в белках 20 классических протеиногенных аминокислот, информация о положении которых в белковой молекуле записана цифровым трёхбуквенным кодом в ДНК и РНК
Ceрин a - амино - b - оксипропионовая кислота 2-амино-3-гидроксипропановая кислота Ser, Сeр Трeонин a -амино- b -оксимасляная кислота 2-амино-3-гидроксибутановая кислота Thr, Трe
Цистеин Цистин М e тионин a - амино- g - м e тилтиомасляная кислота 2-амино-4-метил сульфанил бутановая кислота (2-амино-4-метил тио бутановая кислота – устаревш. ) Met, Мет. Цистeин a - амино - b - тиопропионовая кислота 2-амино-3-сульфанилпропановая кислота (2-амино-3-тиопропановая кислота, 2-амино-3-мeркаптопропановая кислота – устаревш. ) Cys, Цис
Аспарагиновая кислота Аминоянтарная кислота Аминобутандиовая кислота Asp, Асп Глутаминовая кислота a -a миноглутаровая кислота 2-аминопентандиовая кислота Glu, Глу Аспарагин Амид аспарагиновой кислоты 2,5-диамино-5-оксобутановая кислота Asn, Асн Глутамин Амид глутаминовой кислоты 2,6-диамино-6-оксопентановая кислота Gln, Глн
Лизин a, e - диаминокапроновая кислота 2,6-диаминогексановая кислота Lys, Лиз Аргинин a - амино- d - гуанидилвалериановая кислота 2- амино -5-[ амино ( имино ) метил ] аминопентановая к-та Arg, Арг
Фенилаланин a - амино - b - фенилпропионовая к-та 2-амино-3-фенилпропановая к-та Phe, Фен Тирозин a - амино - b - ( п - оксифенил ) пропионовая к-та 2-амино-3-(4-гидроксифенил) пропановая к-та Tyr, Тир
Триптофан a - амино - b - индолилпропионовая к-та 2- амино -3-(1 H - индол -3- ил ) пропановая к-та Trp, Три Гистидин a - амино- b - имидазолилпропионовая к-та 2- амино -3-(1 H - имидазол -4- ил ) пропионовая к-та His, Гис Пролин Пирролидин- a - карбоновая к-та 2-пирролидинкарбоновая к-та Pro, Про Для сравнения- аланин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 48 1. Классификация 1.1. по положению аминогруппы
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 49 1.4. По пищевой ценности для человека Аминокислоты делятся на заменимые и незаменимые. К незаменимым аминокислотам относят : валин, изолейцин, лейцин, триптофан, фенилаланин, метионин, лизин, треонин.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 50 2. Номенклатура 2.1. Тривиальная номенклатура в основном используется для широко распространённых аминокислот. 2.2. Рациональная и 2.3. IUPAC a - амино - b - гидроксипропионовая кислота 2-амино-3-гидроксипропановая кислота
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 51 3. Изомерия 3.1. Структурная изомерия лейцин изолейцин аланин b - аланин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 52 3.2. Пространственная изомерия D-аминокислота L-аминокислота Формулы Фишера Формулы с клиновидными связями
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 53 4. Физические свойства Аминокислоты, как правило, являются бесцветными кристаллическими соединениями. Большинство из них умеренно растворимы в воде. Аминокислоты являются хиральными соединениями, обладающими оптической активностью (за некоторыми исключениями, напр. глицин).
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 54 5. Биологические свойства Из остатков аминокислот построены такие важные соединения как белки, которые участвуют практически во всех процессах in vivo. Биосинтез алкалоидов, порфиринов, тетрапиррольных пигментов, мочевины и т.д. С нарушениями метаболизма аминокислот связаны наследственные заболевания как фенилкетонурия и алкаптонурия. В медицине некоторые аминокислоты используют в качестве лекарственных препаратов – метионин назначается при заболеваниях печени, глицин – при заболеваниях ЦНС. Некоторые аминокислоты имеют сладкий вкус – например, глицин. Интересно, что L -аспарагин безвкусен, а D -аспарагин имеет сладкий вкус. L - глутаминовая кислота широко применяется как пищевая добавка – при незначительной добавке глутамата натрия заметно усиливается естественный вкус мясных блюд.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 55 うま 味 Умами - “ мясной вкус ” Глутаминовая кислота ( E620 ) и её соли (глутамат натрия Е621, глутамат калия Е622, диглутамат кальция Е623, глутамат аммония Е624, глутамат магния Е625 ) используются как усилитель вкуса.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 56 Глутаминовая кислота и её соли безопасны J Nutr. 2000 Apr;130(4S Suppl ):1049S-52S. The safety evaluation of monosodium glutamate. Walker R, Lupien JR. Indian J Physiol Pharmacol. 2007 Jul-Sep;51(3):216-34. Understanding safety of glutamate in food and brain. Mallick HN. Appetite. 2010 Aug;55(1):1-10. Epub 2010 May 12. Glutamate. Its applications in food and contribution to health. Jinap S, Hajeb P. www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed/
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 57 6. Химические свойства 6.1. Образование солей аланин 2-аминопропионат натрия аланин гидрохлорид аланина
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 58 Аминогруппа нейтрализует карбоксильную группу, поэтому АК в твёрдом виде и в растворе при pH = изоэлектрической точке, находятся в виде цвиттерионов
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 59 Сильнокислая среда Почти нейтральная Сильнощелочная среда Для моно амино моно карбоновых кислот pI ≈ 5-6 pI моно амино ди карбоновых кислот ( As p, Glu ) ≈ 3 pI ди амино моно карбоновых кислот ( His, Lys, Arg ) ≈ 8-11 Если pH меньше pI, AK имеет заряд + и движется к катоду Если pH больше pI, AK имеет заряд — и движется к аноду
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 60 6.2. Реакции по аминогруппе 6.2.1. Ацилирование а ланин ацетилхлорид N- ацетилаланин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 61 БОК-аминокислота Трет- бутоксикарбоксазид используется для защиты аминогруппы в пептидном синтезе
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 62 6.2.2. Арилирование N-(2,4-динитрофенил) аланин Реакция используется для определения N-концевой аминокислоты в пептидах и белках по Сэнджеру
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 63 6.2.3. Взаимодействие с карбонильными соединениями
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 64 Данная реакция используется в формольном титровании по Сёренсену : метилольные производные являются гораздо более сильными кислотами чем аминокислоты и они легко оттитроввываются щёлочью.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 65 6.2.4. Взаимодействие с азотистой кислотой a -аминокислота a - гидроксикислота Реакция с азотистой кислотой используется определения аминокислот по Ван- Сляйку : по объему выделившегося азота легко найти количество аминокислоты.
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 66 6.2. Реакции по карбоксильной группе Реакция используется для защиты карбоксильной группы в синтезе пептидов
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 67 6.2.2. Декарбоксилирование
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 68
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 69 Взаимодейтсвие по обеим группам – образование хелатных комплексов
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 70 6.3. Поведение аминокислот при нагревании a -аминокислоты при нагревании дают дикетопиперазины ( диоксопиперазины ): аланин 2,5-диоксо-3,6-диметилпиперазин
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 71 b -аминокислоты при нагревании отщепляют воду (реакция элиминирования), образуя ненасыщенные кислоты: b - аминопропионовая пропеновая (акриловая) кислота кислота
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 72 g - и d -аминокислоты при нагревании отщепляют воду, циклизуются с образованием лактамов – циклических амидов: g - аминомасляная кислота g - бутиролактам
12.02.2013 Нижник Я.П. http://norgchem.professorjournal.ru 73 d -аминовалериановая кислота d - валеролактам
