Властивості та дослідження амінів та амінокислот

Відповідаючи на запитання, зверніть увагу на те, що в молекулах аліфатичних амінів атом Нітрогену є sp³ -гібридизованим, тобто молекули мають конфігурацію сплющеної піраміди (значення валентного кута атома Нітрогену становить ~ 110⁰), у кутах основи якої розміщені вуглеводневі залишки, а у вершині має бути неподілена електронна пара атома Нітрогену. Однак зафіксувати наявність дзеркальних ізомерів третинних амінів, що мають три різні залишки, не вдається, оскільки енергетичний бар’єр переходу від однієї до другої пірамідальної конфігурації досить невеликий, і такий перехід відбувається вже за кімнатної температури.

На відміну від аліфатичних, у молекулах ароматичних амінів атом Нітрогену перебуває в sp² - гібридизованому стані (валентні кути становлять ~ 120⁰). Отже, використовуючи дві гібридизовані орбіталі на утворення зв’язків з атомами Гідрогену аміногрупи (або з атомами Карбону залишків алкіл- або діалкіламіногрупи), а третю – на зв’язок з атомом Карбону ароматичного кільця, атом Нітрогену має ще неподілену електронну пару. При цьому завдяки плоскій конфігурації аміногрупи стає можливою p -p-кон’югація вільного електрона Нітрогену з p-електронною системою ароматичного кільця. В ароматичних амінах на аміногрупу значною мірою впливає ароматичне кільце, а саме наявність у ньому електронодонорних або електроноакцепторних замісників, особливо в орто - і пара -положеннях. Перерозподіл електронної густини на атомі Нітрогену найбільше впливає на основні властивості амінів. З’ясуйте ізомерію, номенклатуру, фізичні, хімічні властивості та способи добування амінів, особливу увагу зверніть на відмінність властивостей первинних, вторинних та третинних амінів.

Аміни - сировина для одержання синтетичних мийних засобів та поверхнево-активних речовин.

Моноаміни аліфатичного ряду використовуються у виробництві барвників, фармацевтичних препаратів. Етиламін застосовується як компонент ракетного палива. Солі вищих амінів з мінеральними кислотами дістали назву “катіонних” або “кислих” мил. На відміну від звичайних “аніонних”, тобто натрієвих або калієвих солей карбонових кислот, ці синтетичні мийні засоби нечутливі до твердої води. Солі третинних амінів або четвертинні амонієві солі, які містять залишки з великою кількістю атомів Карбону, мають сильну бактерицидну і бактеріостатичну дію.

Значна частина амінів утворюється в результаті розкладання (гниття) природних продуктів – алкалоїдів або білків.

Гексаметилендіамін (1,6-діаміногексан) використовується у виробництві поліамідних синтетичних волокон, наприклад найлону.

N,N-Диметиланілін використовується у великих кількостях для виробництва трифенілметанових барвників – малахітового зеленого, метилового фіолетового тощо.

Дифеніламін застосовується як проміжна речовина у виготовленні синтетичних барвників, фармацевтичних препаратів.

Амінокислотами називають гетерофункціональні сполуки, які містять у молекулах одночасно амінні й карбоксильні групи. З’ясуйте класифікацію, ізомерію і номенклатуру амінокислот, їхні фізичні та хімічні властивості, особливу увагу зверніть на властивості a-амінокислот, їхню здатність утворювати пептиди. З двох молекул a-амінокислот утворюєтся дипептид, далі дипептид взаємодіє з третьою молеклулою a-амінокислоти з утворенням трипептиду і т.д. з утворенням поліпептиду:

NН₂– СН – С – ОН + Н –N – СН₂ – С – ОН →

׀ ׀׀ ׀ ׀׀ -Н₂О

С₆Н₅ – СН₂ О Н О

Фенілаланін Гліцин

NН₂ –СН –С–N–СН₂–С– ОН + Н –N–СН – С–ОН →

׀ ׀׀ ׀ ׀׀ ׀ ׀ ׀׀ -Н₂О

С₆Н₅–СН₂ О Н О Н СН₃ О

Дипептид (фенілаланілгліцин) Аланін

NН₂ – СН – С – N – СН₂ – С – N – СН – С–ОН

׀ ׀׀ ׀ ׀׀ ׀ ׀ ׀׀

С₆Н₅ – СН₂ О Н О Н СН₃ О

Трипептид (фенілаланілгліцилаланін)

Назва поліпептидів складається з назв a-амінокислот, які входять до його складу і називаються послідовно від N-кінцевого до С-кінцевого залишку. При цьому в тривіальних назвах амінокислот суфікс –ин (-ін) замінюється суфіксом –ил (-іл), а С-кінцева a-амінокислота зберігає звою назву.

Амінокислоти знаходять широке застосування як харчові добавки. Наприклад, лізином, триптофаном, треонином і метіоніном збагачують корми сільськогосподарських тварин, додавання натрієвої солі глутамінової кислоти (глутамату натрію) надає ряду продуктів м'ясний смак. У суміші або окремо амінокислоти застосовують в медицині, у тому числі при порушеннях обміну речовин, захворюваннях органів травлення, при деяких захворюваннях центральної нервової системи (g-аміномасляна та глутамінова кислоти). Амінокислоти використовуються при виготовленні лікарських препаратів, барвників, в парфумерній промисловості, у виробництві миючих засобів, синтетичних волокон і плівки і т.і. Важливою особливістю амінокислот є їх здатність до поліконденсації, що приводить до утворення поліамідів, в тому числі пептидів, білків, нейлону, капрону, енанта.

Гліцин (глікокол, амінооцтова кислота) – має солодкий смак, якому завдячує своєю назвою. Це перша амінокислота, виділена при гідролізі білків. У великій кількості міститься в желатині, білках натурального шовку, м’язах нижчих тварин, цукровому буряку.

Бетаїн існує лише у вигляді біполярного іона, є повністю метильованим гліцином (СН₃)₃⁺N–СН₂–СОО‾). Він входить до складу зерна та паростків рослин, у великій кількості міститься в гичці цукрового буряка.

Амінопропанові кислоти: a-аланін у вигляді L-форми зустрічається в багатьох рослинних білках, β-аланін входить до складу вітаміну – пантотенової кислоти.

Глутамінова кислота – одна з моноамінодикарбонових кислот (a-аміноглутарова), належить до кислих амінокислот. Легко виділяється з продуктів гідролізу білка пшениці або відходів переробки цукрового буряку.

Лізин (2,6-діаміногексанова кислота) є єдиною діамінокислотою, яка є в усіх білках. Це одна з незамінних амінокислот для людини і тварин.

Організм людини здатний синтезувати тільки деякі з потрібних йому амінокислот. Є ряд незамінних амінокислот, які організм побудувати не може і повинен отримувати з їжею. До них відносяться крім лізину: валін (2-аміно-3-метилбутанова кислота), лейцин (2-аміно-4-метилпентанова кислота), ізолейцин (2-аміно-3-метилпентанова кислота), фенілаланін (2-аміно-3-фенілпропанова кислота), треонін 2-аміно-3-гідроксибутанова кислота), триптофан (2-аміно-3-індолілпропанова кислота), метіонін (2-аміно-4-метилтіобутанова кислота), гістидин (2-аміно-3-імідазолілпропанова кислота), аргінін (2-аміно-5- гуанідинопентанова кислота).

Серин (2-аміно-3-гідроксипропанова) – є a-амінокислотою, досить поширеною у білках. Серин є структурним елементом фосфатидів мозкової та інших тканин.

Цистеїн і цистин - сульфуровмісні амінокислоти, входять до складу кератину вовни в тваринному організмі, а також містяться в деяких овочевих культурах. Вони є сильними антидотами печінки (знешкоджують отрути печінки, нейтралізують їх дію, утворюючи з ними парні сульфатні або етерсульфатні кислоти).

ε-Амінокапронова кислота – утворює лактам (циклічний амід), який називається капролактамом. Він є вихідною речовиною у виробництві синтетичного волокна капрона.

n-Амінобензенова кислота (ПАБК) - її похідні — анестезин, новокаїн використовуються в медичній практиці. Для кількісного визначення п-амінобензенової кислоти в тваринних організмах користуються методом діазотування і азосполучення з N-a-нафтілетилендіаміном, і подальшому фотоколориметруванні.

о-Амінобензенова кислота (антранілова кислота) – в аналітичних визначеннях Cd, Co, Cu, Ni, Zn, Mo, Pb, Hg. На діазотуванні антранілової кислоти застоване її використання для фотометричного визначення нітритів; антранілова кислота також застосовується у у великих кількостях для виробництва різних барвників, особливо індиго, у парфумерії.

n-Аміносаліцилова кислота (ПАСК) – застосовується для лікування туберкульозу.

Білки – це природні високомолекулярні органічні сполуки, що містять атоми Нітрогену. Білки являють собою продукти поліконденсації a-амінокислот. Поліпептидні ланцюги білків побудовані з десятків та сотен молекул, причому не однієї, а різними a-амінокислотами, які можуть з’єднуватися одна з одною в різній послідовності, що приводить до великої кількості комбінацій амінокислотних залишків в поліпептидних ланцюгах.

Білки можуть бути ідентифіковані за допомогою різних кольорових реакцій.

Приклад. В одній пробірці знаходиться розчини аніліну (амінобензену), в другій – аміноетану. Якими реакціями можна довести, де знаходиться кожний розчин? Напишіть рівняння відповідних реакцій.

Розв’язання. Х арактерною реакцією нааміни є взаємодія з нітритною кислотою, що дає змогу розрізнити первинні, вторинні і третинні аміни. (Нітритна кислота у вільному стані не існує, тому її добувають безпосередньо в реакційній суміші під дією деякого надлишку мінеральної кислоти). Аміноетан відноситься до первинних аліфатичних амінів. Як первинний аліфатичний амін аміноетан утворює на холоді нестійке похідне алкілдіазонію, що розщеплюється з виділенням азоту та утворенням суміші продуктів, серед яких є етанол:

H⁺

СН₃–CH₂–NH₂ + O=N–OH¾®СН₃–CH₂–N=N–OH

Етиламін - H₂O - H₂O

+ + H₂O

CH₃–CH₂–N º N ¾®CH₃– CH₂ ¾® CH₃ – CH₂ – OH.

- N₂ - Н⁺ Етанол

Анілін відноситься до первинних ароматичних амінів. Вони на холоді з нітритною кислотою утворюють високореакційні солі арилдіазонію:

С₆Н₅ – NH₂ + O = N – OH + HCI ® [С₆Н₅ – N º N]⁺CI^- + 2 H₂O.