Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Общие способы получения аминокислот⇐ ПредыдущаяСтр 55 из 55
Приведенные ниже способы получения аминокислот разобраны на примере моноаминомонокарбоновых кислот. Но они применимы также для синтеза аминокислот с другим числом амино- и карбоксильных групп при условии соответствующего подбора исходных соединений. 1. Действие аммиака на галоидзамещенные жирные кислоты: Чтобы свести к минимуму нежелательное образование иминодиуксусной кислоты по реакции
реакцию ведут с очень большим избытком аммиака или в присутствии карбоната аммония, который защищает аминогруппу. Образующееся карбаминовое производное аминокислоты легко разлагается при нагревании. 2. Получение из циангидринов альдегидов и кетонов (циангидринный метод). Важной реакцией получения α-аминокислот является действие аммиака на циангидрины альдегидов и кетонов с последующим омылением аминонитрила в аминокислоту: Аминонитрилы можно получить также, действуя на альдегиды или кетоны непосредственно цианистым аммонием. Эта реакция приобрела особое значение после того, как Н. Д. Зелинский с сотрудниками показали, что синильную кислоту и аммиак или цианистый аммоний можно заменить смесью водных растворов хлористого аммония и цианистого калия, в результате обменного разложения дающих цианистый аммоний, который и вступает в реакцию с альдегидами или кетонами: 3. Синтезы из сложных эфиров, содержащих подвижный атом водорода. Большое значение приобрели синтезы аминокислот из малонового, циануксусного и ацетоуксусного эфиров. Пользуясь этими методами, можно получить аминокислоты, содержащие различные радикалы. а) Синтез из малонового эфира. Из малонового эфира получают нитрозомалоновый эфир, который восстанавливают в аминомалоновый эфир водородом в присутствии катализатора или цинком в кислой среде: Защитив аминогруппу ацетилированием полученный ацетиламиномалоновый эфир алкилируют, действуя на него последовательно металлическим натрием и галоидным алкилом: После омыления и декарбоксилирования получается α-аминокислота: б) Синтез из циануксусного эфира проводится аналогично синтезу из малонового эфира. в) Синтез из ацетоуксусного эфира. При действии на однозамещенные ацетоуксусные эфиры раствором фенилдиазотата, а затем щелочью отщепляется уксусная кислота и образуется неустойчивое азосоединение, которое изомеризуется в фенилгидразон соответствующей кетокислоты:
Восстановление фенилгидразона кетокислоты цинком в солянокислой спиртовой среде приводит к α-аминокислоте: Этот метод синтеза аминокислот предложен В. В. Феофилактовым. 4. В осст а н ов л ен и е оксимов или гидразонов альдегид о- или кетонокислот. Например: Особенно удачным оказался метод, состоящий в одновременном действии на кетокислоту аммиака и водорода в присутствии катализатора (платины или палладия). По-видимому, при этом промежуточно образуется иминопроизводное: Этим методом синтезируют аминокислоты, содержащие изотоп азота N15 («меченый азот»), которыми пользуются при изучении поведения аминокислот в живом организме. В последние годы предложено еще два новых общих метода синтеза аминокислот, основанных на использовании дешевого промышленного сырья — фурана и тиофена. 5. Синтез аминокислот из фурановых производных (метод А. П. Терентьева и Р. А. Грачевой) основан на легкости окисления фуранового кольца перманганатом с образованием карбоксильной группы. Если в боковой цепи у фуранового кольца имеется аминогруппа (обычно защищенная бензоильной группой), то в результате окисления получается бензоиламинокислота, а после омыления — сама аминокислота. В зависимости от положения аминогруппы в цепи получается α-, β-, γ- и т. п. кислота. Так, при окислении 1-бензоиламино-1-(α-фурил)-алкилов получается α-кислота, например из 1-бензоиламино-1-(α-фурил)-этана — бензоил-α-аланин: Для получения β-аминокислот пользуются 2-бензоиламино-1-(α-фурил)алкилами а для синтеза γ-аминокислот берут 3-бензоиламино-1-(α-фурил)-алкилы: 6. Синтез аминокислот из производных тиофен а (метод Я. Л. Гольдфарба, Б. П. Фабричного и И. Ф. Шалавиной) основан на восстановительном десульфировании производных тиофена или его гомологов водородом скелетного никелевого катализатора. В зависимости от взятого производного десульфирование приводит к аминокислотам с разным положением аминогруппы. Из тиенилальдегида обычными методами получают тиенил-α- или тиенил-β –аминокислоты которые затем десульфируют:
Из разных оксиминокислот тиофенового ряда можно получать аминокислоты с любым положением аминогруппы. Наконец, можно ввести непосредственно в ядро тиофена нитро- и карбоксильную группы, например и затем прогидрировать полученное соединение никелем Ренея. Этим путем можно получать только γ- и δ-аминокислоты. Способы получения аминокислот с удаленной аминогруппой (β-, γ-, δ-, ε-,..., ω-аминокислот). Кроме общих способов получения аминокислот, дающих возможность синтезировать как α-аминокислоты, так и кислоты с удаленной аминогруппой, для получения последних имеются и специальные методы, рассматриваемые ниже. 1. Присоединение аммиака к ненасыщенным кислотам. При действии аммиака в спиртовом растворе на α,β-ненасыщенные кислоты или их эфиры аминогруппа вступает в β-положение. Как и в случае присоединения воды при образовании оксикислот, аммиак, вероятно, сначала присоединяется в положение 1,4 системы сопряженных двойных связей: Поэтому присоединение аммиака идет против правила Марковникова. Реакцию удобнее проводить, действуя на эфир акриловой кислоты не аммиаком, а фталимидом (в присутствии гидроокиси триметилфениламмония как катализатора): Гидролизом образующегося эфира фталил-β-аланина можно получить и сам β-аланин: 2. Конденсация альдегидов с малоновой кислотой в присутствии спиртового раствора аммиака. Этот путь синтеза, разработанный В. М. Родионовым с сотрудниками, является общим методом получения β-аминокислот: 3. Получение из оксимов циклических кетон о в. δ- и ε-Аминокислоты получают чаще всего из оксимов циклических кетонов путем так называемой бекмановской перегруппировки. Так, например, оксим циклогексанона под действием серной кислоты изомеризуется с расширением цикла, в результате чего образуется ε-капролактам: Эта реакция используется для производства капролактама в промышленном масштабе. Гидролиз капролактама приводит к ε-аминокапроновой кислоте: 4. Получение «-аминокислот действием аммиака на ω-га л о и дз а м еще н н ы е кислоты. ω-Аминокислоты с нечетным числом углеродных атомов получаются из тетрахлоралканов типа Сl—(СН2—СН2)n—ССl3, являющихся продуктами реакции теломеризации. Гидролиз тетрахлоралканов указанного типа, полученных из этилена и четыреххлористого углерода, приводит к ω-хлоркарбоновым кислотам, которые действием избытка аммиака превращаются в соответствующие ω-аминокислоты, например: Этим путем получается ω-аминоэнантовая кислота — исходный продукт для получения синтетического волокна энант (А. Н. Несмеянов, Р. X. Фрейдлина и др.). Аминокислоты представляют собой бесцветные кристаллические вещества, плавящиеся с разложением при высоких и довольно мало различающихся температурах. Поэтому температура плавления не может служить характерной константой для отдельных аминокислот. Большинство аминокислот легко растворимо в воде; в спиртах они, как правило, растворяются плохо. Кислотно-основные свойства. Аминокислоты содержат одновременно основную (аминную) и кислотную (карбоксильную) группы. Для карбоксильной группы характерна способность отщеплять протон (диссоциация), в то время как аминогруппа, напротив, склонна к присоединению протона. Поэтому аминокислоты являются амфотерными соединениями, способными давать соли как с основаниями, так и с кислотами
а также могут существовать в виде внутренних солей, которые можно рассматривать как биполярные ионы: В пользу такого строения аминокислот свидетельствует ряд экспериментальных данных. Известно, что слабо диссоциированные алифатические кислоты в водных растворах обнаруживают в спектре комбинационного рассеяния характерную для карбоксильной группы линию (частота ~1650 см–1), которая при добавлении сильной щелочи исчезает, так как образующаяся соль почти полностью диссоциирована. Первичные амины в свою очередь обнаруживают в спектре комбинационного рассеяния интенсивные линии с частотой 3320—3380 см–1 В спектрах комбинационного рассеяния растворов аминокислот и те и другие линии отсутствуют. Однако при подкислении раствора аминокислоты появляется линия, отвечающая карбоксильной группе (превращение СОО– → СООН), а при подщелачивании — линия, характерная для аминогруппы (превращение +NH3 → NH2). Водные растворы аминокислот имеют почти нейтральную реакцию (рН≈6,8). В сильнокислой среде биполярный ион аминокислоты превращается в катион способный двигаться к катоду в электрическом поле. Константа равновесия для взаимодействия аминокислоты с протоном определяется из уравнения Способность карбоксильных групп отдавать протон может быть количественно охарактеризована концентрацией водородных ионов, при которой диссоциировано 50% карбоксильных групп, т. е. когда В этих условиях [Н+]=К1 Обычно пользуются не самой величиной К1, а по аналогии с рН — ее отрицательным логарифмом рК=—lgК1 Величина pK1 простейшей аминокислоты — глицина равна 2,34, т. е. при кислотности, соответствующей рН=2,34, концентрация биполярных ионов NH3—СН2—СОО– равна концентрации катионов NH3—CH2—COOH. Глицин — значительно более сильная кислота, чем уксусная, для которой pK1=4,3. Повышенная степень диссоциации карбоксильной группы в глицине по сравнению с уксусной кислотой объясняется влиянием положительно заряженной группы +NH3, которая способствует отрыву протона карбоксильной группы. Если группа +NH3 отделена от карбоксильной не одним, как в глицине, а несколькими углеродными атомами, то ее влияние заметно ослабевает. Так, для β-аланина pK1=3,6, для ε-аминокапроновой кислоты pK1=4,43.
В щелочной среде биполярный ион аминокислоты превращается в анион способный в электрическом поле двигаться к аноду. Константа равновесия реакции определяется уравнением Способность аминогруппы данной аминокислоты связывать протон характеризуется концентрацией гидроксильных ионов, при которой В этих условиях Косн.=[ОН–]. Для удобства основность аминокислот характеризуют величиной рК2=14—рКосн., используя соотношение [Н+][ОН–]=14. Для глицина рК2=9,72, в то время как для этиламина рК2=10,82. Следовательно, алифатические амины прочнее связывают протон, чем аминогруппы аминокислот. Это объясняется, по-видимому, влиянием группы оттягивающей свободную пару электронов от атома азота аминогруппы: Если карбоксильная группа отделена от аминной несколькими углеродными атомами, то ее влияние ослабевает и рК2 постепенно приближается к рК алифатических аминов. Так, для β-аланина рК2=10,19, для ε-аминокапроновой кислоты рК2=10,43. Кроме величин pK1 и рК2, для каждой аминокислоты характерна определенная величина рН, при которой число катионов в растворе разно числу анионов. При этом значении рН, называемом изоэлектрической точкой и обозначаемом pI, максимальное количество аминокислоты в растворе находится в виде биполярных ионов. В изоэлектрической точке аминокислоты не двигаются под влиянием электрического поля. Для моноаминомонокарбоновых кислот величину рН в изоэлектрической точке можно определить из уравнения Обычно pI моноаминомонокарбоновых кислот лежит около рН = 6. Если аминокислота содержит вторую карбоксильную группу, то ее изоэлектричеокая точка смещена в область более низких значений рН. Введение в радикал аминокислоты группировки с основными свойствами (вторая аминогруппа, остаток гуаниди.на) вызывает сдвиг изоэлектрической точки в область повышенных значений рН. Производные аминокислот, не образующие биполярных ионов, резко отличаются по свойствам от исходных аминокислот. Так, эфиры аминокислот, например NH2—CHR—СООС2Н5, близки по свойствам к алифатическим аминам, растворимы в органических растворителях и могут перегоняться в вакууме без разложения. N-Ацилированные аминокислоты полностью лишены основных свойств и напоминают алифатические кислоты. Химические реакции I. Реакции карбоксильной группы. 1. Образование солей с основаниями. Подобно алифатическим кислотам, аминокислоты образуют соли с основаниями. Кроме обычных солей, они в известных условиях могут образовывать внутрикомплексные соли с катионами металлов. Очень характерны красиво кристаллизующиеся, интенсивно окрашенные в синий цвет внутрикомплексные соли аминокислот с медью: 2. Образование эфиров. Действием на аминокислоты спирта и хлористого водорода получаются эфиры аминокислот: Очень удобно проводить этерификацию аминокислот в присутствии хлористого тионила: Метиловые и этиловые эфиры аминокислот — жидкости, легко перегоняющиеся в вакууме. Поэтому они были использованы для разделения смесей аминокислот (Э. Фишер).
Большое значение получили бензиловые эфиры аминокислот, применяемые в синтезе пептидов. Их получают действием бензилового спирта на аминокислоту в присутствии НСl или n-толуолсульфокислоты как катализатора; Эфиры аминокислот под действием аммиака или аминов легко превращаются в соответствующие амиды при обработке гидразином образуют гидразиды: Действуя на гидразиды ацилированных аминокислот азотистой кислотой, можно получить азиды ациламинокислот применяемые в синтезе пептидов. При действии литийалюминийгидрида эфиры аминокислот восстанавливаются до аминоспиртов. 3. Образование галоидангидридов. При взаимодействии с пятихлористым фосфором аминокислоты образуют галоидангидриды: Они крайне неустойчивы и существуют только в виде солей. Более устойчивы применяемые в синтезе пептидов галоидангидриды ацилированных аминокислот: 4. Д ек ар б о к си л и р о в а н и е. При отщеплении от аминокислот карбоксильной труппы образуются амины: II. Реакции аминной группы. 1. Образование солей с кислотами. С минеральными кислотами аминокислоты подобно аминам дают соли. 2. Действие азотистой кислоты. При действии азотистой кислоты образуется оксикислота и выделяются азот и вода: Этой реакцией пользуются для количественного газометрического определения аминогрупп в аминокислотах, а также в белках и продуктах их распада (метод Ван-Сляйка). Эфиры α-аминокислот образуют с азотистой кислотой стойкие и реакционноспособные диазосоединения. 3. Образование N-a ц и л и р о в а н н ы х производн ы х. Аминокислоты реагируют с хлорангидридами и ангидридами кислот, образуя N-ацилированные производные. Реакция проходит до конца только в водно-щелочных или неводных средах, так как во взаимодействие вступает аминная, а не аммонийная группа: N-Ацилированные производные аминокислот имеют большое применение при синтезе пептидов. Некоторые ацилированные аминокислоты имеют биологическое значение. С их образованием связано обезвреживание ядовитых веществ, всасывающихся в кровь из кишечника. Так, например, ядовитая бензойная кислота связывается глицином и удаляется из организма с мочой в форме гиппуровой кислоты: 4. Получение N-aлкилированных производн ы х. При действии галоидных алкилов, алкилсульфатов или диазометана на аминокислоты получаются моно- или ди-N-алкилзамещенные, называемые также вторичными и третичными аминокислотами. При дальнейшем алкилировании могут получаться четвертичные аммониевые основания. Их внутренние соли носят название бетаинов. 5. Получение N-a рилированных производных. Большое значение приобрели 2,4-динитрофенильные N-производные аминокислот, которые применяются для характеристики и количественного определения аминокислот, а также для исследования строения пептидов и белков. Эти производные получаются при взаимодействии аминокислот с 2,4-динитрофторбензолом в щелочной среде: Так как в нитро- и динитробензолах в о- и п-положениях электронная плотность понижена (см. правила замещения в бензольном ядре), приведенная выше динитрофенильная группировка обладает ярко выраженными электроноакцепторными свойствами. Поэтому она оттягивает свободную электронную пару от атома азота, лишая его основных свойств. Этим объясняется тот факт, что в отличие от аминокислот динитрофениламинокислоты не амфотерны и хорошо растворимы в органических растворителях. Для N-(2,4-динитрофенил)-аминокислот характерна яркая желтая окраска и способность поглощать свет в ультрафиолетовой части спектра. 6. Получение аралкиламинокислот. При действии трифенилхлорметана в слабощелочной среде аминокислоты дают N-трифенилметильные («тритильные») производные: Основные свойства аминогруппы в таких соединениях заметно ослаблены, а связь С—N сравнительно непрочна. Поэтому они легко гидролизуются при нагревании с разбавленной уксусной кислотой: Эта особенность N-(трифенилметил)-аминокислот обусловила их использование в пептидном синтезе. 7. Взаимодействие с альдегидами. Аминокислоты легко реагируют с альдегидами. При взаимодействии с формальдегидом образуются N-монооксиметил аминокислоты и N,N-диоксиметиламинокислоты: Эти производные титруются как алифатические кислоты, что используется для количественного определения аминокислот (Серенсен). При восстановлении N,N-диоксиметиламинокислот получаются N,N-диметиламинокислоты. 8. Взаимодействие с кетокислотами. α-Аминокислоты реагируют с кетокислотами при нагревании в водных растворах. В первой стадии реакции образуется нестойкое иминопроизводное в котором затем происходит перемещение двойной связи, причем одновременно отщепляется двуокись углерода и мигрирует, атом водорода: После гидролиза образуется новая аминокислота и альдегид: В 1937 г. А. Н. Браунштейн и М. Г Крицман открыли происходящую в организме животных реакцию, получившую название реакции переаминирования. В результате этой реакции, протекающей по более сложному механизму, чем рассмотренный выше, аминогруппа переходит от α-аминокислоты к кетокислоте: Реакции переаминирования принадлежит большая роль в процессах обмена аминокислот в природе. 9. Окислительное дезаминирование. Аминокислоты под влиянием многих окислителей, таких, как гипохлориты, хлорамин Т, персульфаты, отщепляя аммиак, превращаются в соответствующие кетокислоты: Эта реакция, получившая название окислительного дезаминирования, протекает в организме животных под влиянием специфических ферментов. 10. Нингидринная реакция. В качестве реактива для качественного и количественного определения аминокислот широко применяется нингидрин (трикетогидринденгидрат). При нагревании с аминокислотой нингидрин восстанавливается до дикетооксигидриндена, а аминокислота окисляется и распадается на альдегид, двуокись углерода и аммиак: Выделившийся аммиак конденсируется с молекулой образовавшегося дикетооксигидриндена и со второй молекулой нингидрина: Аммонийная соль енольной формы образовавшегося соединения благодаря наличию системы сопряженных двойных связей окрашена в интенсивный сине-фиолетовый цвет. По интенсивности окрашивания можно определить содержание аминокислоты в растворе. Иногда для этой цели измеряют количества двуокиси углерода, альдегида или аммиака, выделившихся при реакции с нингидрином. Необходимо иметь в виду, что окрашивание с нингидрином дают не только аминокислоты, но также пептиды, первичные и вторичные амины. III. Реакции, протекающие с одновременным участием карбоксильной и аминной групп. 1. Превращения аминокислот при нагревании. α-Аминокислоты, а еще легче их эфиры, при нагревании образуют циклические пептиды — дикетопиперазины: β-Аминокислоты при нагревании образуют α,β-ненасыщенные кислоты с отщеплением аминогруппы и водорода от соседних атомов углерода: γ-, δ- и ε-Аминокислоты, как и соответствующие оксикислоты, легко отщепляют воду и циклизуются, образуя внутренние амиды — лактамы: Известны и β-лактамы, соответствующие β-аминокислотам. В частности, β-лактамное кольцо имеется в молекуле антибиотика пенициллина. Однако синтетическое получение β-лактамов сопряжено с большими трудностями. 2. Образование гидантоинов. α-Аминокислоты реагируют с мочевиной. Эта реакция проходит с участием аминной и карбоксильной групп и приводит к образованию гидантоинов При взаимодействии аминокислот с тиомочевиной образуются аналогично построенные тиогидантоины Вопросы для самоконтроля: 1. Номенклатура аминокислот 2. Изомерия 3. Способы получения 4. Физические свойства 5. Химические свойства Рекомендуемая литература: 1. Перекалин В.В., Зонис С.А. Органическая химия. М.,1982 2. Терней А. Современная органическая химия. М.,1979 3. Петров Е.Е., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. М, 1974 4. Ю. А. Жданова «Очерки методологии органической химии», Изд. «Высшая школа»., М., 1960.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ Выполнение лабораторных работ способствует укреплению знаний по органической химии, развивает у студента самостоятельность и прививает навыки проведения эксперимента. Для того чтобы работа в лаборатории проходила успешно, необходимо предварительно изучить теоретический материал по учебникам, записям лекций и пособиям по химическим практикумам. Этим вырабатывается сознательное отношение к выполнению техники эксперимента, сама работа будет осмыслена, а, следовательно, и понята. Работающим в лаборатории химии необходимо неукоснительно соблюдать правила техники безопасности и правила работы с химической посудой и приборами. Нужно научиться пользоваться химическими реактивами, химическим оборудованием, которые перечислены в руководствах для работ по химическому практикуму. Успех экспериментальной работы зависит не только от правильности выбора методов работы, последовательности выполнения измерений, взвешиваний, но и от правильной систематической записи результатов. К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, получившие допуск после проверки преподавателем теоретических знаний по теме, знания методики выполнения лабораторных работ и подготовившие лабораторный журнал к ведению записей по теме. После выполнения лабораторной работы студент должен навести порядок на своем рабочем месте и сдать его дежурному или лаборанту. После оформления результатов в лабораторном журнале студент должен сдать отчет преподавателю. Каждая лабораторная работ оформляется в лабораторном журнале в виде отчёта в лабораторном журнале и должна содержать следующие обязательные компоненты:
Задания к лабораторным работам, контрольные вопросы и задачи по теме приведены в учебнике Смолина Т,А. и др. Практические работы по органической химии, М, 1986.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-12; просмотров: 144; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.225.35.81 (0.062 с.) |