Аминокислоты. Пептиды

Аминокислоты — это производные органических кислот, по­лучающиеся в результате замещения одного или нескольких ато­мов водорода в углеводородных радикалах на одну или несколько

аминогрупп (—NH₂). Можно считать формулу H₂N—R—COOH общей формулой простейших аминокислот.

Названия аминокислот производятся от названий соответст­вующих кислот с добавлением приставки амино-,например:

Аминокислоты, входящие в состав белков, имеют также ис­торически сложившиеся практические названия, например, аминоуксусная кислота иначе называется глицином (или гликоколом), аминопропионовая — аланином и т.д. (см. табл. 40).

В зависимости от взаимного расположения функциональных групп различают a-, b-, g-аминокислоты. В состав аминокислот может входить разное количество функциональных групп (см. табл. 40, рис. 46).

При образовании названий аминокислот указывается место­положение аминогруппы (a — 1, b — 2, g — 3 и т. п.) по отношению к —СООН группе.

Изомерия аминокислот зависит от:

1) строения углеродного скелета;

2) положения функциональных групп;

3) для некоторых аминокислот характерна оптическая изомерия, обусловленная наличием в молекуле аминокислоты асиммет­рических атомов углерода.

Рассмотрим в качестве примера формулы изомерных соедине­ний состава C₃H₆(NH₂)COOH:

1. Гидролиз белков. В результате гидролиза белковых веществ обычно образуются сложные смеси аминокислот. Затем из сложных смесей получают отдельные чистые аминокислоты.

2. Замещение галогена на аминогруппу в галогенкарбоновых кис­лотах. Этот способ получения аминокислот полностью анало-

гичен получению аминов из галогенопроизводных алканов и аммиака:

3. Присоединение аммиака к a-, b-непредельным кислотам, при этом образуются b-аминокислоты:

СН2=CH-СООН+NH₃®H₂N-CH₂-CH₂-COOH

Физические свойства

Аминокислоты — твердые кристаллические вещества, мно­гие сладкие на вкус.

Аминокислоты существуют в форме внутренних солей (бипо­лярных ионов):

[H₂N-CH₂-COOH]®Н₃N⁺-СН₂-СОO^-

Такое строение приводит к высокой растворимости аминокис­лот в воде, причем не только низших, но и содержащих достаточ­но большой углеводородный радикал. Аминокислоты мало рас­творимы в органических растворителях. Они плавятся при высоких температурах, разлагаясь при этом. Аминокислоты не могут переходить в парообразное состояние.

Химические свойства и применение

Так как аминокислоты содержат в составе молекулы две функциональные группы противоположного характера (амино­группу с основными свойствами и карбоксильную группу с кис­лотными свойствами), то их можно рассматривать по химическим свойствам как органические амфотерные соединения. Амфотерность аминокислот позволяет им реагировать как с кислотами, так и с основаниями:

Таким образом, при повышении концентрации ионов ОН^-аминокислоты реагируют в форме аниона (как кислота), а при повышении концентрации ионов Н⁺ в форме катиона (как основа­ние), т.е.

Аминокислоты взаимодействуют с металлами, оксидами ме­таллов, образуя соли, а также со спиртами, образуя сложные эфиры.

Специфика свойств аминокислот приводит к тому, что две молекулы аминокислоты могут реагировать друг с другом с от­щеплением молекулы воды и образованием продукта, в котором фрагменты связаны пептидной связью:

Соединения с пептидной связью относятся к классу амидов кислот. Полученное соединение называют дипептидом. Если про­дукт реакции содержит три остатка аминокислоты, то он будет называться трипептидом. Вещества, построенные из многих ос­татков аминокислот, называются полипептидами. Полипептид­ная цепь, которая содержит повторяющуюся последовательность аминокислот, является полимером. Примером может служить полиамид — капрон.

nH₂N-(CH₂)₅-COOH®(-NH-(CH₂)₅-CO-)_n+(n-1)H₂O

Внутримолекулярное отщепление воды приводит к образова­нию циклических соединений, носящих название лактамов:

Особенно легко протекает образование пяти- и шестичленных циклических амидов.

При действии азотистой кислоты на аминокислоты из послед­них получаются оксикислоты:

a-аминокислоты играют особую роль в природе, поскольку при их совместной поликонденсации в природных условиях обра­зуются важнейшие для жизни вещества — белки. В состав белков входят лишь некоторые из возможных a-аминокислот. В боль-

шинстве белков встречаются лишь двадцать аминокислот, часть из которых приведена в табл. 40. Некоторые из этих аминокислот не могут быть синтезированы животными организмами и называ­ются незаменимыми. Они поступают в организм с пищей.

Многие аминокислоты применяются в медицине как лечеб­ные средства, а некоторые используются в сельском хозяйстве для подкормки животных.

Неразветвленные аминокислоты, как бифункциональные (содержащие две функциональные группы) мономеры, использу­ются для производства синтетических волокон, в том числе кап­рона и энанта. Энант получают поликонденсацией w-аминоэнантовой кислоты: H₂N-(CH₂)₆-COOH

Рассмотрим получение полимера, из которого производят капроновое волокно. Первым этапом является поликонденсация e-аминокапроновой кислоты:

В производстве капронового волокна применяют не непосред­ственно e-аминокапроновую кислоту, а ее производное — капролактам, являющийся продуктом взаимодействия функциональ­ных групп молекул кислоты:

При синтезе под влиянием воды молекулы капролактама пре­вращаются в молекулы e-аминокапроновой кислоты, которые подвергаются поликонденсации:

Как видно из формулы, молекула образующегося полимера состоит из многократно повторяющихся остатков e-аминокапроновой кислоты, а связи между остатками возникают в результате отщепления молекул воды.

Строение полученного полимера можно выразить формулой:

Он имеет вид смолы. Для получения волокон смолу плавят, продавливают через фильеры, затем волокна подвергают специ­альной обработке, после чего скручивают в нити. Изделия из кап­рона нашли широкое применение в быту. Капроновая смола ис­пользуется для изготовления прочных и износоустойчивых деталей машин и механизмов.