Лекция 11 Аминокислоты алифатического ряда. Аминокислоты алифатического ряда и их производные

Скачать 1.12 Mb. Название Аминокислоты алифатического ряда и их производные Анкор Лекция 11 Аминокислоты алифатического ряда.doc Дата 22.04.2017 Размер 1.12 Mb. Формат файла Имя файла Лекция 11 Аминокислоты алифатического ряда.doc Тип Документы #1494 страница 1 из 4

1   2   3   4 АМИНОКИСЛОТЫ АЛИФАТИЧЕСКОГО РЯДА И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ АК являются структурными элементами, из которых построены молекулы белков. При гидролизе белков можно получить сложную смесь АК. Так, например, в белковых гидролизатах обнаружено более 20 α-АК. Аминокислоты – это производные карбоновых кислот, содержащие в молекуле одну или несколько аминогрупп. Общая формула аминокислот: R – CH – COOH │ NH2 Нумерация по международной номенклатуре производится цифрами, начиная от углеродного атома карбоксильной группы, по тривиальной номенклатуре – греческими буквами, при этом углеродный атом карбоксильной группы не нумеруется. В зависимости от положения аминогруппы различают α, β, γ, δ, ε – аминокислоты. Примеры названия аминокислот представлены в таблице: Химическая структура Химическое название по международной и тривиальной номенклатуре 2 (α) 1 CH3 – CH – COOH │ NH2 2 – Аминопропановая кислота α – Аминопропиновая кислота 3(β) 2 (α) 1 H2N – CH2 - CH2 - COOH 3 – Аминопропановая кислота β – Аминопропиновая кислота 4 (γ) 3(β) 2 (α) 1 H2N – CH2 - CH2 - CH2 – COOH 4 – Аминобутановая кислота γ -Аминомасляная килота Большинство аминокислот содержат асимметрический атом углерода (атом, связанный с четырьмя различными заместителями, обозначается звездочкой), и могут существовать в виде оптических изомеров. Различают аминокислоты D и L ряда на основе проекционной формулы Фишера. D - изомер L – изомер COOH │ H – C* –NH2 │ R COOH │ H2N – C* – H │ R Фармакологические свойства Группа ЛС, производных АК алифатического ряда, это большая группа препаратов целенаправленного действия. Характер фармакологического действия этих ЛВ зависит от того, какие физиологические процессы в организме они регулируют, что, в свою очередь, определяется химическим строением и свойствами вещества. Глутаминовая к-та и γ-аминомасляная к-та (ГАМК, аминалон) содержатся в значительных количествах в ЦНС, в белках серого и белого вещества мозга. Участие их в процессах обмена, в окислительных процессах, в прочесах энергообеспечения функций головного мозга, обезвреживания и удаления из мозга токсических продуктов обмена определяют применение этих веществ в медицинской практике – лечение заболеваний ЦНС. Метионин – незаменимая АК, необходимая для поддержания роста и азотистого равновесия в организме. Особая роль этой АК связана с наличием в ее составе подвижной метильной группы. Участие метионина в процессе трансметилирования определяет его липотропное действие, то есть способность удалять из печени избыток жира. Отдавая подвижную метильную группу, метионин способствует синтезу холина, недостаток которого и приводит к отложению в печени нейтрального жира. Применяется метионин для лечения и предупреждения заболеваний и токсических поражений печени. Метилметионинсульфонил хлорид (вит U) – можно рассматривать как активированную форму метионина, он содержит уже 2 подвижных метильных группы. При применении препарата стимулируются процессы заживления повреждений оболочки ЖКТ, что связано со способностью препарата отдавать свои метильные группы, необходимые для процессов синтеза. Применение препарата – язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки. Цистеин – заменимая АК, синтезируемая в организме с использованием метионина. Нарушение процесса синтеза, которое приводит к недостатку цистеина, может привести к нарушению обменных процессов организма. Характерная особенность химической структуры цистеина – наличие сульфгидрильной группы –SH; группа реакционноспособна, может окисляться, образуя продукты, участвующие, как и сам цистеин, в процессах трансаминирования. В определенных условиях может происходить превращение цистеина в цистин, содержащий дисульфидный мостик. Этот процесс обратим и его обратимость играют важную роль в регуляции процессов обмена: Цистеин участвует в процессах обмена хрусталика глаза и изменения, происходящие при катаракте, связаны с нарушением содержания в хрусталике цистеина. В связи с этим цистеин применяю для задержки развития катаракты и просветления хрусталика при начальных формах катаракты. Ацетилцистеин – производное цистеина, в котором один атом водорода аминогруппы замещен остатком уксусной кислоты. Действие препарата также связано с наличием активных сульфгидрильных групп, способных разрывать дисульфидные связи кислых мукополисахаридов мокроты, что приводит к деполяризации мукопротеидов и уменьшением вязкости слизи. Применяют его при заболеваниях органов дыхания, сопровождающихся повышенноц вязкостью мокроты (муколитическое действие). К этой же группе веществ относится и тетацин-кальций (кальций-динатриевая соль ЭДТУК). Это комплексное соединение, применяющееся при острых и хронических отравлениях тяжелыми и редкоземельными элементами – кобальтом, ртутью, свинцом, кадмием и др. применение основано на свойстве этих элементов вытеснять из состава комплекса кальций с образованием более прочных соединений. Общие физические и физ-хим свойства Природные аминокислоты алифатического ряда – бесцветные, белые и желтоватого оттенка кристаллические субстанции, чаще хорошо растворимые в воде, и нерастворимые в органических растворителях. Некоторые имеют запах. Оптическая активность. Большинство аминокислот (кислота глутаминовая, цистеин, ацетилцистеин, пеницилламин) обладают оптической активностью, т.е. способностью вращать плоскость поляризованного луча света. Природные α-АК, входящие в состав белков, являются L-изомерами. Левовращающие аминокислоты обозначают L или (-), правовращающие D или (+). Не содержат асимметрического атома углерода и не обладают оптической активностью аминалон, пирацетам, кислота аминокапроновая. Метионин не обладает оптической активностью, т.к. является рацематом (смесью D и L – изомеров). Поглощение света в ИК- области спектра. Аминокислоты поглощают свет в ИК – области спектра (4000-400 см-1) и не обладают поглощением в УФ (нет хромофорных групп) – области спектра (220-350 нм). Общие химические свойства АК и в твердом состоянии, и в нейтральных растворах при взаимодействии аминогруппы и карбоксильной группы в пределах одной молекулы образуют биполярный цвиттер-ион +NH3RCOO-, то есть внутреннюю соль, имеющую два противоположных заряда. O O R – CH – C ↔ R – CH – C │ O H │ O - NH2 NH3+ Этим объясняется высокая Т°пл (220-315оС) и нейтральная реакция среды по лакмусу у моноаминомонокарбоновых АК. В зависимости от рН биполярные ионы α-АК диссоциируют до аммонийной соли (рН 1,0 – 3,0) или аминокарбоксилата (рН 9,0-10,9). Для каждой α-АК характерна определенная изоэлектрическая точка, то есть значение рН, при котором указанные ионы находятся в равновесии. В виде аммонийной соли (рН 1,0 – 3,0) или аминокарбоксилата (рН 9,0-10,9). АК разделяют с помощью электрофореза. Кислотно-основные свойства. Аминокислоты обладают амфотерными свойствами. За счет наличия аминогруппы (–NH2)c неподеленной парой электронов аминокислоты проявляют основные свойства, за счет подвижного атома водорода карбоксильной группы (-COOH) – кислотные свойства, поэтому растворяются в кислотах и щелочах. Восстановительные свойства. Реакции окисления. Обычно при действии на аминокислоты гипохлоритов, хлорамина Б, персульфатов протекает реакция окислительного дезаминирования с выделением аммиака и диоксида углерода, образуется альдегид с меньшей цепью углеродных атомов, чем в аминокислоте. Пример. Нингидриновая проба. За счет карбоксильной группы и аминогруппы. Реакцию можно вести в пробирке и на хроматографической бумаге и ТСХ (сине-фиолетовый). Окраска переходит от меловой до сине-красной. Методика: на пластинку наносят раствор анализируемой АК, хроматограмму выдерживают в бутанол, уксусной кислоте, воде. Затем высушивают на воздухе, обрабатывают 1% раствором нингидрина в ацетоне, высушивают в сушильном шкафу при 105 С, затем смотрят в УФ свете. Сине-фиолетовый цвет свидетельствует о присутствии АК. 2) Иначе идет окисление азотистой кислотой или нитритом натрия в среде хлороводородной кислоты, образуются пары азота: Комплексообразующие свойства. За счет карбоксильной группы и аминогруппы аминокислоты способны вступать в реакции комплексообразования с солями тяжелых металлов в щелочной среде. Продукт взаимодействия АК с солями меди имеет темно-синюю окраску (образуется внутрикомплексная соль). Эту реакцию используют для доказательства подлинности и обнаружения АК на хроматограммах. (водородные связи между медью и атомами азота). Образование ангидросоединений (легко выделяют воду), разных у α- и γ-. А) α-АК могут выделить одну молекулу воды из 2-х молекул АК и образуя неполный ангидрид или выделить две молекулы воды и образуя полный ангидрид: Б) γ-АК, отщепляя воду, образуют лактамы (внутренний амид): Образуется неустойчивая соль, легко разрушающаяся в щелочной среде. Под действием формальдегида образуется N-метиленпроизводное: Эта реакция дает возможность определять количественно после взаимодействия с формальдегидом АК алкалиметрически. Формальдегид блокирует амино-группу и соединение теряет амфотерный характер. Аминокислоты дают все реакции, характерные 1) для карбоксильной группы (-COOH) образование сложных эфиров со спиртами R-CH(NH2)-COOR1, восстанавление до аминоспирта R-CH(NH2)-CH2OH. 2) для аминогруппы (-NH2) декарбоксилирование с образованием первичных аминов R-CH2-NH2 с ангидридами и хлорангидридами кислот, образование оснований Шиффа с альдегидами. Итак, характеризуя общие свойства аминокислот, основываясь на которых мы определяем методы качественного обнаружения, количественного анализа, условий хранения и т.д., мы отметили существование оптической изомерии в ряду АК, амфотерный характер их, образование с т.м. окрашенных комплексных соединений, образование полипептидов или лактамов, способность к окислению, к образованию N-метиленпроизводных. ФП (ГФ ХII) Кислота глутаминовая Acidum glutaminicum (ЛН) Glutamic acid (МНН) 5 4 3 *2 1 HOOC – CH2 – CH2 - CH – COOH │ NH2 L-2-Аминопентандиовая кислота (α- аминоглутаровая кислота) Получение 1. Микробиологическим синтезом. Гидролиз белковых веществ и выделение АК хроматографическим методом 2. Синтетически, исходный продукт – аминослянный эфир: Первый этап синтеза – ацетилирование (ацетиламиномалоновый эфир): Второй – конденсация с акрилонитрилом Третий – гидролиз Четвертый – декарбоксилирование: Описание белый кристаллический порошок или бесцветные кристаллы. Легко растворим в кипящей воде, мало растворим в воде, практически не растворим в ацетоне и в спирте 96%. Подлинность. ФС ИК – спектр, снятый у субстанции ЛВ, должен соответствовать спектру стандартного образца. ФС Удельное вращение [α] 5% раствора в разведенной НСI ( +30 - +34) Реакции доказательства принадлежности ЛВ к группе аминокислот. ФС Нингидриновая реакция (проба). Реакции с нингидрином (трикетогидриндена гидратом) – общая фармакопейная реакция на α-АК. Реакцию дают все ЛВ α-АК, за исключением пирацетама (не вступает в реакцию) и ацетилцистеина (вступает в реакцию только после кислотного гидролиза). Продукты реакции большинства ЛВ окрашены в сине-фиолетовый цвет. Цистеин дает красное окрашивание. Первая стадия – разрушение глутаминовой кислоты, при этом она разлагается по общей схеме разложения под действием окислителей с выделением аммиака и диоксида углерода, а нингидрин восстанавливается в дикетоксигидринден: дикетоксигидринден Вторая стадия – конденсация выделившегося аммиака с нингидрином и его восстановленной формой: сине – фиолетовое окрашивание образуется аммонийная соль енольной формы дикетогидринденкетогидринамина (синь Роймана) и может применятся для идентификации некоторых ионов металлов – меди, кальция, серебра. Следует помнить, что реакция с нингидрином не является строго специфичной для АК, многие другие ЛВ также дают с ним окрашенные продукты: мезатон и эфедрин – сине-фиолетовый, рибофлавин – зеленый; изониазид – красный. ГФ Х Реакция отличия глутаминовой кислоты от других представителей группы – сплавление глутаминовой кислоты с резорцином в присутствии конц серной кислоты. Смесь нагревают до появления зелено-коричневого окрашивания. Если теперь смесь охладить, добавить воды и раствора аммиака, то появится красно-фиолетовое окрашивание с зеленой флуоресценцией. При нагревании глутаминовая кислота переходит в пирролидонкарбоновую к-ту, которая конденсируется с резорцином: пиролидонкарбоновая кислота Реакция комплексообразования с меди сульфатом (кислотные свойства). В реакцию вступают α-аминокислоты со свободной аминогруппой , ацетилцистеин – после кислотного гидролиза. Образуется интенсивное синее окрашивание. с растворами фенолфталеина, натрия гидроксида и формальдегида, добавляемых последовательно. Эффект реакции – появление, а при прибавлении формальдегида – исчезновение розового окрашивания. ЛВ растворяют в воде, прибавляют раствор фенолфталеина и несколько капель раствора натрия гидроксида (0,1 моль/л). Появляется розовое окрашивание. Затем прибавляют раствор формальдегида, раствор обесцвечивается. Так как аминокислота находится в цвиттер-ионной форме, то при добавлении раствора натрия гидроксида (0,1 моль/л) соль не образуется, а в растворе присутствует свободная щелочь, окраска в присутствии фенолфталеина- розовая. При добавлении раствора формальдегида происходит блокирование аминогруппы, т.к. образуется основание Шиффа, карбоксильная группа освобождается, кислотные свойства усиливаются и щелочь взаимодействует с аминокислотой с образованием соли. В связи с отсутствием в растворе свободной щелочи, раствор не окрашивается в розовый цвет в присутствии фенолфталеина O R – CH – COO - + H – C → R – CH – COOH + H2O +│ H │ NH3 N = CH2 R – CH – COOH + NaOH → R – CH – COONa + H2O │ │ N = CH2 N = CH2   1   2   3   4