Борисова Т.Н., Варламов А.В., и др. Основы органической химии
Подождите немного. Документ загружается.
3. Алкилирование
CH
2
-COOH
NH
2
изб. CH
3
I/ Na
2
CO
3
CH
2
-COOH
N(CH
3
)
3
CH
2
-C⎯O
N(CH
3
)
3
O
бетаин
I
AgOH
-AgI
+H
2
O
(CH
3
)
3
N-HC C
O
O
R
бетаины аминокислот (R-алкил)
4. Ацилирование
C
CH
3
O
- H
2
O
CH
2
-COOH
NH
2
CH
2
-COOH
NH
(CH
3
CO)
2
O
- CH
3
COOH
HCOOH
C
H
O
CH
2
-COOH
NH
N-ацетилглицин
N-формилглицин
формилирование
CH
2
-COOH
NH
2
+
C
6
H
5
-C-Cl
O
CH
2
-COOH
NH-C(O)C
6
H
5
бензоилирование
по Шоттен-Бауму
N-бензоилглицин
NaOH
C
6
H
5
-C-Cl
O
хлористый бензоил
5. Реакция с формальдегидом
CH
2
-COOH
NH←H
+ H- C=O
CH
2
-COOH
NHCH
2
OH
N-оксиметилглицин
+δ
-δ
+δ
-δ
H
H- C=O
H
t
0
C
,
-H
2
O
CH
2
-COOH
N⎯CH
2
H OH
CH
2
-COOH
N=CH
2
имин, N-метиленглицин
186
6. Нингидринная реакция (качественная)
α-аминокислота
R-CH-COOH
NH
2
C
C
C
O
O
OH
OH
+
++
C
C
C
O
O
OH
H
R-C
O
H
NH
3
+
нингидрин
гидрат 1,2,3-индантриона
OH
+CO
2
C
C
C
O
O
OH
OH
+
C
C
C
O
O
+ H
2
O + H
2
N
C
C
O
O
продукт реакции сине-фиолетового цвета
NH
3
Пролин и гидроксипролин, у которых нет α - аминогрупп, в реакции с
нингидрином образуют производное желтого цвета. Реакцию используют для
колориметрического количественного определения аминокислот, в том числе в
автоматических аминокислотных анализаторах.
7. Этерификация
CH
2
-COOH
NH
2
CH
2
-COOC
2
H
5
NH
3
Cl
HCl(сухой)
гидрохлорид этилового
эфира глицина
N(C
2
H
5
)
3
+ C
2
H
5
OH
-H
2
O
CH
2
-COOC
2
H
5
NH
2
-(C
2
H
5
)
3
NH Cl
этиловый эфир
глицина
8. Декарбоксилирование (для α-аминокислот)
R-CH
C
OH
O
NH
2
> 200
0
C
R-CH
2
NH
2
+ CO
2
9. Термическое поведение аминокислот
а) α - аминокислоты
C
O-H
O
CH
R NH-H
CH
H-NH R
C
O
H-O
t
0
C
- 2 H
2
O
H
N
N
H
R
R
O
O
дикетопиперазин
N
H
H
N
пиперазин
187
б) β - аминокислоты
t
0
C
- NH
3
CH
2
⎯CH-COOH
NH
2
H
CH
2
=CH-COOH
акриловая кислота
αβ
β-аланин
в) γ,δ, ε - аминокислоты
t
0
C
- H
2
O
NH-H
OH
O
α
β
γ
N
H
O
лактам
γ-аминомасляная кислота
(ГАМК)
n
n
n=1-3
ПЕПТИДЫ
Пептиды – это природные или синтетические соединения, молекулы
которых построены из остатков аминокислот, соединенных между собой
пептидными мостиками, по своей сути амидными связями
*
C
O
H
N
*
пептидный мостик
Пептиды, имеющие до 10 аминокислотных остатков, называются
олигопептидами
(дипептиды, трипептиды и т.д.) Пептиды, содержащие более
10 аминокислотных остатков, относят к полипептидам
. Природные
полипептиды с молекуляроной массой более 6000 дальтон называют белками.
Молекулы пептидов могут содержать неаминокислотную компоненту.
Номенклатура
Аминокислотный остаток пептида, который несет α-аминогруппу,
называют N-концевым
, несущий свободную α-карбоксильную группу – С-
концевым. Название пептида состоит из перечисления тривиальных названий
аминокислот, начиная с N-концевой. При этом суффикс «ин» меняется на «ил»
для всех аминокислот, кроме С-концевой.
188
Пример
а) дипептид:
NH
2
CH
2
C
O
H
NCH
C
CH
3
OH
O
N - концевая
аминокислота
глицил
аланин
С - концевая
аминокислота
пептидный мостик
Глицилаланин или Gly-Ala
б) пентапептид: аланил-серил-аспаргил-фенилаланил-глицин
или Ala – Ser – Asp – Phe – Gly. Здесь аланин N-концевая аминокислота, а
глицин – С-концевая аминокислота.
Классификация пептидов
1.Гомомерные
– при гидролизе образуются только аминокислоты.
2.Гетеромерные
– при гидролизе кроме α-аминокислот, образуются
неаминокислотные компоненты (сахара, нуклеиновые кислоты, фосфорная
кислота), например:
а)гликопептиды;
б)нуклеопептиды;
в)фосфопептиды.
Пептиды могут быть линейными или циклическими. Пептиды, в которых
связи между аминокислотными остатками только амидные (пептидные)
называются гомодетными
. Если, кроме амидной группы, имеются
сложноэфирные, дисульфидные группы, пептиды относят к гетеродетным
.
Гетеродетные пептиды, содержащие гидроксиаминокислоты называются
пептолидами.
Пептиды, состоящие из одной аминокислоты называются
гомополиаминокислотами
. Те пептиды, которые содержат одинаковые
повторяющиеся участки (из одного или нескольких аминокислотных остатков),
называют регулярными
.
Гетеромерные и гетеродетные пептиды называются депсипептидами
.
189
Строение пептидной связи
В амидах связь углерод-азот является частично двоесвязанной
вследствие р,π-сопряжения НПЭ атома азота и π-связи карбонила (длина связи
С-N: в амидах - 0,132 нм , в аминах - 0,147 нм), поэтому амидная группа
является плоской и имеет транс-конфигурацию. Таким образом, пептидная цепь
представляет собой чередование плоских фрагментов амидной группы и
фрагментов углеводородных радикалов соответствующих аминокислот. В
последних вращение вокруг простых связей незатруднено, следствием этого
является образование различных конформеров. Длинные цепи пептидов
образуют α-спирали и β-структуры.
CH
*
C
R'
O
N
H
CH
R
∗
Синтез пептидов
В процессе синтеза пептида должна образоваться пептидная связь между
карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой
аминокислоты (при синтезе дипептида) или аминогруппой другого пептида
(при синтезе три- и более олигопептидов).
Из двух аминокислот возможно образование двух дипептидов:
NH
2
CH
2
C OH
O
+
- H
2
O
NH
2
CH
2
C⎯
O
карбоксильная
компонента реакции
аминная
компонента реакции
глицилаланин
CH C
H
3
C OH
O
NH
2
NH
2
CH CH
3
C
O
NH⎯CH
2
C
OH
O
аланилглицин
+
- H
2
O
H⎯NH-CH-C-OH
CH
3
O
NH-CH-C-OH
CH
3
O
H⎯NH-CH
2
-C-OH
O
Приведённые выше схемы являются формальными. для того чтобы
синтезировать, например, глицилаланин необходимо провести
соответствующие модификации исходных аминокислот. Тогда получение
глицилаланина можно представить следующей схемой:
190
NH⎯
CH
2
C Z
O
P
+
NH⎯CH C
CH
3
O
O
H
P
1
карбоксильная компонента аминная компонента
- HZ
P,P
1
- защитные группы
Z - активированная группа
NH⎯CH
2
C
O
P NH⎯CH C
CH
3
O
O
P
1
пептидная связь
снятие защит
P и P
1
H
2
NCH
2
C
O
NH⎯
CH C
CH
3
OH
O
глицилаланин
После образования пептидной связи защитные группы снимаются в
специальных мягких условиях, чтобы пептидная связь (амидная группа)
сохранилась.
Получение дипептида – глицилаланина.
Синтез карбоксильной компоненты (из глицина)
Вначале защищают аминогруппу (введение Р)
. Существует много
вариантов преобразования аминогруппы, но наиболее распространены
ацильные защитные группы.
(CH
3
)
3
-CO-C-
O
1.ВОС (БОК) – защита (третбутоксикарбонильная) Р =
Для введения этой группы используют производные угольной кислоты.
Реагенты:
(CH
3
)
3
COC
O
O
C(CH
3
)
3
CO
O
(CH
3
)
3
COC
O
N
3
третбутоксикарбонилазид
ангидрид монотретбутилкарбоната или
ВОС - ангидрид
191
2. Бензилоксикарбонильная защита
Реагент:
C
6
H
5
CH
2
⎯
OC
O
Cl
(бензиловый эфир хлоругольной кислоты)
бензилоксикарбонилхлорид
C
6
H
5
-CH
2
-O-C-
O
Р =
ВОС-защита аминогруппы глицина вводится по следующей схеме:
(CH
3
)
3
COC
O
N
3
+
H NH-CH
2
-COOH
MgO
- N
3
H
(CH
3
)
3
COC-NH-CH
2
COOH
O
BOC (P)
BOC-NH-CH
2
-COOH
или
Затем активируем карбоксильную группу (введение Z). Методы
активизации основаны на превращении карбоксильной группы в сложный
эфир, содержащий в спиртовом остатке сильный акцептор. В результате такие
сложные эфиры легко подвергаются аминолизу под действием
аминокомпоненты пептидного синтеза.
C
OH
O
C
OX
O
CH
2
C≡N
;
;
F
F
F
F
F
;
-NH-COOC
2
H
5
X:
NO
2
(о-,п-)
-C-NH-C
6
H
11
N-C
6
H
11
;
C
6
H
11
- циклогексил
Активацию карбоксильной группы ВОС-защищенного глицина
проводят в две стадии. Вначале действием хлоругольного эфира получают
смешанный ангидрид, который под действием п-нитрофенола превращают в п-
нитрофениловый эфир.
192
Cl
C
OC
2
H
5
O
N(C
2
H
5
)
3
C
O
O C
O
OC
2
H
5
BOC-NH-CH
2
-COOH
BOC-NH-CH
2
-
OH
NO
2
-
HOC OC
2
H
5
O
CO
2
C
2
H
5
OH
C
O
O
NO
2
NH(C
2
H
5
)
3
Cl
-
BOC-NH-CH
2
-
Z
C
O
O
NO
2
BOC-NH-CH
2
-
карбоксильная компонента реакции
Синтез аминокомпоненты реакции (из аланина)
Cl
C
OC
2
H
5
O
N(C
2
H
5
)
3
C
O
O C
O
OC
2
H
5
BOC-NH-CH
2
-COOH
BOC-NH-CH
2
-
OH
NO
2
-
HOC OC
2
H
5
O
CO
2
C
2
H
5
OH
C
O
O
NO
2
NH(C
2
H
5
)
3
Cl
-
BOC-NH-CH
2
-
Z
Для аланина осуществляется аналогичная последовательность реакций,
описанная выше для глицина, затем проводят снятие ВОС-защиты действием
трифторуксусной кислоты при 20°С (или 1н HCl/CH
3
OH, 30°C; 4н HCl/диоксан,
20°С).
CH
C
CH
3
H
2
N
O
OH
CH
C
CH
3
HN
O
OH
Boc
CH
C
CH
3
HN
O
O
Boc
NO
2
HC
C
CH
3
H
2
N
O
O
NO
2
C
O
OC
2
H
5
Cl
HO
NO
2
CF
3
COOH
MgO
- NH
3
C
O
N
3
O
(H
3
C)
3
C
1)
2)
аминокомпонента реакции
193
Синтез дипептида
Взаимодействие карбоксильной и аминной компонент дает дипептид с
защищенной аминной и карбоксильной группами. Затем следует снятие
защитных групп, что приводит к образованию дипептида.
N
H
H
C
Boc
C
O
CH
C
CH
3
H
2
N
O
O
O
NO
2
NO
2
+
- HO-C
6
H
4
-NO
2
HN
H
C
Boc
C
O
HN
CH
C
CH
3
O
O
NO
2
HBr/ CF
3
COOH
25
0
C
H
2
N
H
C
C
O
HN
HC
C
CH
3
O
OH
глицилаланин
карбоксильная компонента аминная компонента
снятие защитных групп
Твердофазный синтез белков
Первой стадией этого процесса является закрепление (иммобилизация) на
твердом носителе (специально приготовленный полистирол) аминокислоты.
Это закрепление может осуществляться с участием как амино-, так и
карбоксильной групп аминокислоты (в рассматриваемом примере закрепление
происходит по карбоксильной группе).
стирол
n
полимеризация
полимер
(твердая фаза)
SnCl
4
- CH
3
OH
C
O
O Na
- NaCl
CH=CH
2
-CH-CH
2
⎯
n
одна из множества
фенильных групп
Cl-CH
2
-OCH
3
CH
2
-Cl
BOC-NH-CH⎯
CH
3
хлорметилирование
фенильной группы
При образовании сложного эфира используют натриевую соль N-
ВОС-защищенного аланина. Затем следует снятие BОС-защиты. Так образуется
синтезируемая аминокомпонента реакции.
194
CH
2
-O-C-CH-NH-BOC
4H HCl,20°
диоксан
(растворитель) 30 мин
O
CH
3
P
/
CH
2
-O-C-CH-NH
2
O
CH
3
- (CH
3
)
3
COH
- CO
2
аминная компонента реакции
Далее при действии карбоксильной компоненты, синтезируемой по
описанной выше схеме, на аминную компоненту происходит образование
пептидной (амидной) связи. Следующей стадией является снятие BОС-
защиты и снятие с полимера.
Образование пептидной связи
C
O
O
NO
2
BOC-NH-CH
2
-
CH
2
-O-C-CH-NH⎯H
O
OH
NO
2
-
Снятие ВОС-защиты и
снятие с полимера
HBr / CF
3
COOH
25° C
+
BOC-NH-CH
2
-C-NH-CH-C-O-CH
2
⎯
O
O
CH
3
NH
2
-CH
2
-C-NH-CH-C-OH
O
O
CH
3
CH
3
195