1. Азотсодержащие соединения 2. Амины 3. Аминокислоты 12.05.2013Нижник Я.П. 1. - презентация

1 1. Азотсодержащие соединения 2. Амины 3. Аминокислоты Нижник Я.П. 1

2 Нижник Я.П. 2 * АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ

3 Нижник Я.П. 3 аммиак ион аммония триметиламин основание Шиффа (кетимин) диазосоединение азоксисоединение азот ацетонитрилнитрил катион метилдиазония

4 Нижник Я.П. 4 * АМИНЫ * Амины – это органические производные аммиака: аммиак триметиламин

5 Нижник Я.П. 5

6 Нижник Я.П. 6 * 1. Строение Рис. 1. Структура триметиламина по данным РСА A.J.Blake, E.A.V.Ebsworth, A.J.Welch // Acta Crystallogr.,Sect.C (1984), 40, 413 Рис. 2. Структура катиона триметиламмония по данным РСА А.Б. Илюхин, М.А. Малярик // Кристаллография (1995), 40, 761

7 Нижник Я.П. 7 * 2. Номенклатура метиламин диметиламин метилэтиламин тетраметилендиамин пентаметилендиамин гексаметилендиамин (путресцин) (кадаверин)

8 Нижник Я.П. 8 аммоний хлорид триметиламмоний бромид тетраметиламмоний йодид (хлорид аммония) бромид триметиламмония) (йодид тетраметиламмония)

9 Нижник Я.П. 9 * 2. Классификация аминов * 2.1. По характеру углеводородного радикала * Алифатические: бутиламин (бутанамин) триэтиламин

10 Нижник Я.П * Алициклические: Циклогексиламин дициклогексиламин

11 Нижник Я.П * Ароматические: анилин о-метиланилин a-нафтиламин

12 Нижник Я.П * Гетероциклические: пиперидин пиперазин

13 Нижник Я.П * Смешанные: N,N-диметиланилин N-метилпиперидин

14 Нижник Я.П * 2.2 Классификация по количеству углеводородных заместителей у атома азота первичные вторичные третичные

15 Нижник Я.П * 3. Изомерия аминов * 3.1. Изомерия углеродного скелета * 3.2. Изомерия положения аминогруппы пентиламин 2-пентиламин 3-пентиламин пентиламин 3-метилбутиламин 2-метилбутиламин

16 Нижник Я.П * 3.3. Метамерия бутиламин метилпропиламин диэтиламин диметилэтиламин учитывая также изомерию углеродного скелета, можно привести ещё один изомер:

17 Нижник Я.П * 3.4. Оптическая изомерия (R)-метилпропилэтиламин (S)-метилпропилэтиламин (попробуйте совместить эти два изомера)

18 Нижник Я.П * 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.

19 Нижник Я.П * 5. Биологические свойства * Как правило, соединения, содержащие аминогруппу, проявляют значительную биологическую активность или же имеют большую биологическую значимость. Многие амины сильно ядовиты. -нафтиламин бензидин Канцерогены!

20 Нижник Я.П * 6. Химические свойства * 6.1. Кислотные и основные свойства

21 Нижник Я.П * 6.2. Нуклеофильные свойства * реакция Гофмана (1850) * реакция Меншуткина (1850): метиламин диметиламин триметиламин триметиламин бромметан бромид тетраметиламмония

22 Нижник Я.П бромид аммония бромид алкиламмония

23 Нижник Я.П * 6.3. Взаимодействие с азотистой кислотой N-нитрозоамин спирт N-нитрозоамин N-нитрозоамины – сильные канцерогены!

24 Нижник Я.П * Соли азотистой кислоты - нитрит натрия (Е250) и нитрит калия (E249) используются как пищевые добавки. * Используются как 1. Антиокислитель, поддерживающийестественный цвет изделий из мяса и рыбы. 2. Антибактериальный агент, препятствующий росту возбудителя ботулизма Clostridium botulinum

25 * Jpn J Cancer Res Feb;91(2): * 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. Furukawa FNishikawa AIshiwata HTakahashi MHayashi 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.

26 Нижник Я.П Реакция идёт через образование катиона диазония, который распадается на азот и карбокатион, дающий при взаимодействии с водой спирт:

27 Нижник Я.П * Ароматические катионы диазония стабилизируюся сопряжением с ароматической системой и являются вполне устойчивыми и выделяемыми. * Катионы 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)

28 Нижник Я.П * 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 2G (E107) Тартразин (E102). и др.

29 Нижник Я.П * 2. Индикаторы Метиловый оранжевый

30 Нижник Я.П * 6.3. Окисление аминов * Горение. Амины горят с образованием CO 2, H 2 O и N 2. * Образование N-оксидов.

31 Нижник Я.П * Окисление анилина. * При окислении анилина образуются анилиновые красители. * Впервые анилиновый краситель был получен английским химиком У.Г. Перкиным ( ). * В 1856 году при попытке окисления грязного анилина он получил мовеин. * Окисление анилина хлорной известью (появление фиолетового цвета) используется для обнаружения анилина.

32 Нижник Я.П * 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:

33 Нижник Я.П * 7.2. Восстановление нитросоединений (реакция Зинина) Sn/HCl, Fe/HCl, (NH 4 ) 2 S, H 2 /Pt)

34 Нижник Я.П * 7.3. Восстановление нитрилов, амидов, оксимов, гидразонов

35 Нижник Я.П * 7.4. Расщепление амидов по Гофману и азидов по Курциусу

36 Нижник Я.П * 7.5. Декарбоксилирование аминокислот

37 Нижник Я.П * АМИНОКИСЛОТЫ Аминокислоты – соединения, содержащие карбоксильную (COOH) и аминогруппу (NH 2 ).

38 Нижник Я.П * 1. Классификация * 1.1. по положению аминогруппы

39 Нижник Я.П * 1.2. По количеству карбокси- и аминогрупп * Моноаминомонокарбоновые кислоты (глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, цистеин, фенилаланин, тирозин, метионин, триптофан и т.д.) * Моноаминодикарбоновые кислоты (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота) * Диаминомонокарбоновые кислоты (лизин, аргинин) * Диаминодикарбоновые кислоты (цистин)

40 Нижник Я.П * 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

41

42 Ceрин -амино- -оксипропионовая кислота 2-амино-3-гидроксипропановая кислота Ser, Сeр Трeонин -амино- -оксимасляная кислота 2-амино-3-гидроксибутановая кислота Thr, Трe

43 Цистеин Цистин Мeтионин -амино- -мeтилтиомасляная кислота 2-амино-4-метилсульфанилбутановая кислота (2-амино-4-метилтиобутановая кислота – устаревш.) Met, Мет. Цистeин -амино- -тиопропионовая кислота 2-амино-3-сульфанилпропановая кислота (2-амино-3-тиопропановая кислота, 2-амино-3-мeркаптопропановая кислота – устаревш.) Cys, Цис

44 Аспарагиновая кислота Аминоянтарная кислота Аминобутандиовая кислота Asp, Асп Глутаминовая кислота -aминоглутаровая 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

45 Лизин -диаминокапроновая кислота 2,6-диаминогексановая кислота Lys, Лиз Аргинин -амино- -гуанидилвалериановая кислота 2-амино-5-[амино(имино)метил]аминопентановая к-та Arg, Арг

46 Фенилаланин -амино- -фенилпропионовая к-та 2-амино-3-фенилпропановая к-та Phe, Фен Тирозин -амино- -(п-оксифенил)пропионовая к-та 2-амино-3-(4-гидроксифенил)пропановая к-та Tyr, Тир

47 Триптофан -амино- -индолилпропионовая к-та 2-амино-3-(1H-индол-3-ил)пропановая к-та Trp, Три Гистидин -амино- -имидазолилпропионовая к-та 2-амино-3-(1H-имидазол-4-ил)пропионовая к-та His, Гис Пролин Пирролидин- -карбоновая к-та 2-пирролидинкарбоновая к-та Pro, Про Для сравнения- аланин

48 Нижник Я.П * 1. Классификация * 1.1. по положению аминогруппы

49 Нижник Я.П * 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.

50 Нижник Я.П * 2. Номенклатура * 2.1. Тривиальная номенклатура в основном используется для широко распространённых аминокислот. * 2.2. Рациональная и 2.3. IUPAC -амино- -гидроксипропионовая кислота 2-амино-3-гидроксипропановая кислота

51 Нижник Я.П * 3. Изомерия * 3.1. Структурная изомерия лейцин изолейцин аланин -аланин

52 Нижник Я.П * 3.2. Пространственная изомерия D-аминокислота L-аминокислота Формулы Фишера Формулы с клиновидными связями

53 Нижник Я.П * 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).

54 Нижник Я.П * 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.

55 Нижник Я.П 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.

56 Нижник Я.П * Глутаминовая кислота и её соли безопасны J Nutr Apr;130(4S Suppl):1049S-52S. The safety evaluation of monosodium glutamate. Walker RWalker R, Lupien JR.Lupien JR Indian J Physiol Pharmacol Jul-Sep;51(3): Understanding safety of glutamate in food and brain. Mallick HNMallick HN. Appetite Aug;55(1):1-10. Epub 2010 May 12. Glutamate. Its applications in food and contribution to health. Jinap SJinap S, Hajeb P.Hajeb P *

57 Нижник Я.П * 6. Химические свойства * 6.1. Образование солей аланин 2-аминопропионат натрия аланин гидрохлорид аланина

58 Нижник Я.П Аминогруппа нейтрализует карбоксильную группу, поэтому АК в твёрдом виде и в растворе при pH = изоэлектрической точке, находятся в виде цвиттерионов

59 Нижник Я.П Сильнокислая среда Почти нейтральная Сильнощелочная среда Для моноаминомонокарбоновых кислот pI 5-6 pI моноаминодикарбоновых кислот (Asp, Glu) 3 pI диаминомонокарбоновых 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

60 Нижник Я.П * 6.2. Реакции по аминогруппе * Ацилирование аланин ацетилхлорид N-ацетилаланин

61 Нижник Я.П БОК-аминокислота Трет-бутоксикарбоксазид используется для защиты аминогруппы в пептидном синтезе

62 Нижник Я.П * Арилирование N-(2,4-динитрофенил)аланин Реакция используется для определения N-концевой аминокислоты в пептидах и белках по Сэнджеру

63 Нижник Я.П * Взаимодействие с карбонильными соединениями

64 Нижник Я.П Данная реакция используется в формольном титровании по Сёренсену: метилольные производные являются гораздо более сильными кислотами чем аминокислоты и они легко оттитроввываются щёлочью.

65 Нижник Я.П * Взаимодействие с азотистой кислотой -аминокислота -гидроксикислота Реакция с азотистой кислотой используется определения аминокислот по Ван-Сляйку: по объему выделившегося азота легко найти количество аминокислоты.

66 Нижник Я.П * 6.2. Реакции по карбоксильной группе Реакция используется для защиты карбоксильной группы в синтезе пептидов

67 Нижник Я.П * Декарбоксилирование

68 Нижник Я.П. 68

69 Нижник Я.П * Взаимодейтсвие по обеим группам – образование хелатных комплексов

70 Нижник Я.П * 6.3. Поведение аминокислот при нагревании * -аминокислоты при нагревании дают дикетопиперазины (диоксопиперазины): аланин 2,5-диоксо-3,6-диметилпиперазин

71 Нижник Я.П * -аминокислоты при нагревании отщепляют воду (реакция элиминирования), образуя ненасыщенные кислоты: -аминопропионовая пропеновая (акриловая) кислота кислота

72 Нижник Я.П * - и -аминокислоты при нагревании отщепляют воду, циклизуются с образованием лактамов – циклических амидов: -аминомасляная кислота -бутиролактам

73 Нижник Я.П аминовалериановая кислота -валеролактам

74 Нижник Я.П * 7. Получение аминокислот * 7.1. Выделение из белков и пептидов Белки гидролизуют в присутствии кислот (6 М HCl) при нагревании (110 о С) в течение длительного времени (12-72 ч.). Используют также щелочной гидролиз и ферментативный гидролиз. * 7.2. Микробиологический синтез используя патоку, аммиак и микрообранизмы Corynebacterium glutamicum получают глутаминовую кислоту, которая используется как пищевая добавка. Выход глутаминовой кислоты составляет 50 кг на 100 кг введённой глюкозы (время ферментации – 40 часов).

75 Нижник Я.П * 7.3. Пребиотический (абиогенный) синтез аминокислот * CH 4, NH 3, H 2, H 2 O, HCN, H 2 S, CH 2 O * УФ-излучение, электрический разряд, радиация и нагретый пепел вулканов. * аминокислоты могут образовываться и в космосе, что было подтверждено анализом мерчисонского метеорита упавшего 1969 году в Австралии. В метеорите были обнаружены 23 рацемические аминокислоты.

76 Нижник Я.П * Proc Natl Acad Sci U S A Apr 5;108(14): Epub 2011 Mar 21. * Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H 2 S- rich spark discharge experiment. * Parker ET, Cleaves HJ, Dworkin JP, Glavin DP, Callahan M, Aubrey A, Lazcano A, Bada JL. * Geosciences Research Division, Scripps Institution of Oceanography, University of California at San Diego * Abstract * Archived samples from a previously unreported 1958 Stanley Miller electric discharge experiment containing hydrogen sulfide H 2 S were recently discovered and analyzed using high-performance liquid chromatography and time-of-flight mass spectrometry. We report here the detection and quantification of primary amine-containing compounds in the original sample residues, which were produced via spark discharge using a gaseous mixture of H 2 S, CH 4, NH 3, and CO 2. A total of 23 amino acids and 4 amines, including 7 organosulfur compounds, were detected in these samples.

77 Нижник Я.П

78 Нижник Я.П * Orig Life Evol Biosph Apr 12. [Epub ahead of print] * Catalytic effects of Murchison Material: Prebiotic Synthesis and Degradation of RNA Precursors. * Saladino R, Crestini C, Cossetti C, Di Mauro E, Deamer D. * Abstract * Mineral components of the Murchison meteorite were investigated in terms of potential catalytic effects on synthetic and hydrolytic reactions related to ribonucleic acid. We found that the mineral surfaces catalyzed condensation reactions of formamide to form carboxylic acids, amino acids, nucleobases and sugar precursors. …

79 Нижник Я.П * 7.4. Химические синтезы аминокислот * Аммонолиз галогенкарбоновых кислот * Синтез Штреккера

80