Борисова Т.Н., Варламов А.В., и др. Основы органической химии
Подождите немного. Документ загружается.
Синтез гомополиаминокислот
К синтетическим пептидам - гомополиаминокислотам можно отнести
капрон, получаемый из капролактама (промышленное производство). Ниже
приведены стадии его синтеза:
O
NH
2
OH
NOH
к. H
2
SO
4
оксим
циклогексанона
перегруппировка
Бекмана
капролактам
t°
NH (CH
2
)
5
C
O
n
капрон
( лактам ε-аминокапроновой к-ты)
⎯
- H
2
O
C
N
O
H
Реакционная способность
Свойства олигопептидов (ОП) аналогичны свойствам аминокислот, свойства
полипептидов (ПП) подобны свойствам белков.
ОП представляют собой кристаллические вещества, которые разлагаются
при 200-300С°, растворимы в H
2
O, разбавленных щелочах и кислотах, плохо
растворимы в органической растворителях. ОП обладают амфотерными
свойствами и в зависимости от pH среды могут существовать в виде катионов,
анионов или цвиттер-ионов. Химические свойства ОП определяются природой
аминокислотных остатков и пептидной связи и во многом аналогичны
свойствам аминокислот. ОП дают положительные нингидринную (см тему
«Аминокислоты») и биуретовую реакции (см тему «Угольная кислота»).
Дипептиды и их производные легко циклизуются, давая дикетопиперазины (см
тему «Аминокислоты»).
Под действием 5,7 н НСl ОП и ПП гидролизуются до аминокислот в
течение 24 часов при 105 С°.
Анализ аминокислотной последовательности в пептидах
Для анализа ОП (ПП) расщепляют на небольшие фрагменты (химическими
методами или ферментативно). Из существующих многочисленных методов
расщепления олигопептидов ниже приведены по одному способу определения
N- и C-концевых аминокислот в дипептиде.
Определение N-концевой аминокислоты
196
2,4-динитрофторбензол
HC
C
CH
3
H
2
N
O
N
H
CH
H
2
C
C
OH
O
аланилфенилаланин
Ala - Phe
F
NO
2
NO
2
CH
C
CH
3
H
N
O
N
H
CH
H
2
C
C
OH
O
- HF
O
2
N
O
2
N
гидролиз
CH
C
CH
3
H
N
O
OH
O
2
N
O
2
N
H
2
N
CH
H
2
C
C
OH
O
3-фенил-2-аминопропановая
кислота
N-(2,4-динитрофенил)аланин
или ДНФ-аланин
После гидролиза следует анализ полученной смеси.
Определение С-концевой аминокислоты
HN
CH
CH
C
CH
3
CH
3
OH
O
C
H
2
C
O
NH
2
глицилвалин
Gly - Val
LiBH
4
[H]
HN
CH
CH
2
CH
3
CH
3
OHC
H
2
C
O
H
2
N
гидролиз
C
H
2
C
O
H
2
N
OH
H
2
C
CH
CH
2
CH
3
CH
3
OH
глицин
3-метилбутанол-1
После гидролиза следует анализ полученной смеси.
ОКСОКИСЛОТЫ (альдегидо- и кетокислоты)
Общие формулы:
C-(CH
2
)
n
-C
O
O
OH
H
C-(CH
2
)
n
-C
O
O
OH
R
/
n=0,1,2...
Карбоновые кислоты, углеводородный радикал которых содержит
карбонильную группу, называются оксокислотами. По взаимному
расположению карбоксильной и карбонильной групп различают α-, β-, γ- и т.д.
оксокислоты.
197
Номенклатура IUPAC
C⎯C
O
H
O
OH
формилметановая глиоксиловая (глиоксалевая)
кислота
CCCH
3
OH
O
O
3
21
2-оксопропановая пировиноградная
кислота
CH
3
-C-CH
2
-C
O
O
H
3-оксобутановая ацетоуксусная
кислота
Методы получения
1.
Глиоксиловая кислота
Cl-CH-C
Cl
O
OH
2H
2
O
t°C
- 2HCl
- H
2
O
к. HNO
3
CH
2
-CH
2
OH
OH
3H
2
O
- 3HCl
- H
2
O
C-CCl
3
H
O
C⎯C
O
H
O
OH
2.Пировиноградная кислота
CH
3
-CH-COOH
OH
H
2
O
2
Fe
3+
CH
3
-C-COOH
O
- 2HCl
- H
2
O
2H
2
O
CH
3
-C-COOH
Cl
Cl
t°C
- H
2
O , CO
2
к. KHSO
4
,
винные кислоты
CH
3
-C-Cl
O
NaCN
CH
3
-C-CN
O
2 H
2
O
H
CH
3
-C-COOH
O
- NaCl
+ NH
3
3.
Ацетоуксусная кислота
198
CH
3
-C
O
OC
2
H
5
C
2
H
5
ONa
- C
2
H
5
OH
сложноэфирная конденсация
по Кляйзену
(см. тему "Производные карбоновых
кислот")
CH
3
-C-CH
2
-C OC
2
H
5
O
O
ацетоуксусный
эфир
- C
2
H
5
OH
H
3
O
+
CH
3
-C-CH
2
-COOH
O
2
Реакционная способность
Оксокислоты более сильные кислоты, чем карбоновые (влияние
акцепторной карбонильной группы).
α-Оксокислоты
Реакции по карбонильной и карбоксильной группам
C-C
O
O
OH
H
NaOH
- H
2
O
C-C
O
O
ONa
H
+ H
2
O
CH
3
CH
2
OH
H
+
C-C
O
O
OC
2
H
5
H
+ H
2
O
формилметаноат,
глиоксилат натрия
этилформилметаноат,
этилглиоксилат
C-C
O
O
OHH
HOH
C-C
OH
O
OH
H
OH
гидрат (устойчив)
HCN
CH-C
OH
O
OH
мононитрил яблочной кислоты
Ag(NH
3
)
2
OH
C-C
O
O
OH
HO
+ Ag
N≡C
щавелевая кислота
199
Специфические свойства
α-Оксокислоты легко декарбоксилируются при нагревании и под
действием сильных кислот. α-Оксокислоты легко окисляются.
CH
3
-C-C
O
O
OH
t°
CH
3
-C
O
H
разб. H
2
SO
4
, 150°C , автоклав
CO
2
+
CH
3
-C
O
H
60-80°C
к. H
2
SO
4
CO +
CH
3
-C
O
OH
декарбонилирование
CO
2
+
CH
3
-C-COOH
O
Ag
2
O
CO
2
+
CH
3
-C
O
OH
+ Ag
β-Оксокислоты
1. СН-кислотность ацетоуксусного эфира (кето-енольная таутомерия).
По правилу Эльтекова-Эрленмейера енольные формы альдегидов и кетонов
неустойчивы и их содержание незначительно (2,5•10
-4
%). Но при введении
акцептора к α-СН
2
-группе ее СН-кислотность возрастает, что приводит к
значительному увеличению енольной формы (ниже приведены примеры кето-
енольной таутомерии ряда соединений, указано процентное содержание
енольной формы и рКа соединений как СН-кислот).
CH
2
-C-CH
3
H
O
CH
2
=C-CH
3
OH
2,5•10
-4
% , рКа 20
α
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
H
CH
3
-C=CH-C-OC
2
H
5
OH
8% , рКа 11
α
O
.....
α
CH
3
-C-CH-C-CH
3
O
O
H
CH
3
-C=CH-C-CH
3
O O
CH
3
-C-CH=C-CH
3
OO
78% , рКа 9
пентадион-2,4,
ацетилацетон
H-
-H
200
α
CH
3
-C-CH-C-CF
3
O O
H
CH
3
-C=CH-C-CF
3
O-H
O
CH
3
-C-CH=C-CF
3
O
O
100% , рКа 6,24
H-
1,1,1-трифторпентандион-2,4,
трифторацетилацетон
В ряду ацетон, ацетоуксусный эфир, ацетилацетон и
трифторацетилацетон с возрастанием акцепторных свойств заместителей при
α-СН
2
увеличивается доля енольной формы (трифторацетилацетон вообще не
имеет кетонной формы). Увеличение процентного содержания енольных форм
связано с появлением сопряженной системы
C
OH
CH-C
O
и образованием водородных связей между гидроксильной и карбонильной
группами. Качественной реакцией на енольную форму является реакция с
FeCl
3
, при этом наблюдается сине-фиолетовое окрашивание за счет
образования комплексов Fe
+3
с участием енольной формы молекул.
Проявлением СН-кислотности ацетоуксусного эфира являются реакции
со щелочными металлами, алкоголятами, амидами металлов и с реактивами
Гриньяра:
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
H
Na
или
C
2
H
5
ONa, NaH, NaNH
2
Na
+ H
2
(NH
3,
C
2
H
5
OH)
натрацетоуксусный эфир
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O MgBr
CH
3
MgBr
+ CH
4
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
Строение натрацетоуксусного эфира
Отрицательный заряд делокализован с участием двух акцепторных групп и
анион описывается методом резонанса:
CH
3
-C-CH-C-OHC
2
H
5
O O
Na
CH
3
-C=CH-C-OC
2
H
5
O O
Na
CH
3
-C-CH=C-OC
2
H
5
OO
Na
CH
3
CH OC
2
H
5
C
C
O
O
Na
резонансный гибрид
201
Другие реакции ацетоуксусного эфира
Ацетоуксусный эфир существует в виде равновесной смеси прототропных
таутомеров (кетона и енола). В зависимости от природы реагента возможны
реакции как по кетонной, так и по енольной формам, а также реакции с
участием сложноэфирной группы.
CH
3
-C-CH
2
-C
O
O
OC
2
H
5
CH
3
-C=CH-C
OH
O
OC
2
H
5
KCN
H
2
O
CH
3
-C-CH
2
-COOC
2
H
5
OH
C≡N
1
2
3
4
этиловый эфир нитрила 3-окси-
-3-метилбутандиовой кислоты
R-NH
2
- H
2
O
CH
3
-C=CH-COOC
2
H
5
NHR
CH
3
-C-CH
2
-COOC
2
H
5
NR
енамин
имин
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
Br
OH
Br
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O Br
NaHSO
3
CH
3
-C-CH
2
-COOC
2
H
5
SO
3
Na
OH
бисульфитное производное
- POCl
3
- HCl
PCl
5
CH
3
-C=CH-COOC
2
H
5
Cl
NH
2
NHC
6
H
5
- H
2
O
CH
3
-C-CH
2
-C
N
O
OC
2
H
5
N H
C=CH
C
CH
3
O
N
HN
Br
2
- HBr
- C
2
H
5
OH
(CH
3
CO)
2
O
- CH
3
COOH
CH
3
-C=CH-C
OCOCH
3
O
OC
2
H
5
этил 2-бром-3-оксобутаноат,
α-бромацетоуксусный эфир
этил 3-хлорбутен-2-оат,
этиловый эфир
β-хлор-2-бутеновой кислоты
2-фенил-
5-метилпиразолон-3
C
6
H
5
C
6
H
5
перенос Н на
атом азота
первые две
стадии синтеза
анальгина
t
0
При нагревании ацетоуксусного эфира в кислых или щелочных условиях
происходит его расщепление.
а) кетонное расщепление – при нагревании в разбавленных кислотах или
щелочах происходят гидролиз сложного эфира и декарбоксилирование
образовавшейся кислоты. β-Кетокислоты, аналогично α-кетокислотам, легко
декарбоксилируются. Результатом реакции является кетон (ацетон).
H
2
O, t°
CH
3
-C-CH
2
-C
O
O
OC
2
H
5
H
+
и OH
-
CH
3
-C-CH
2
-C
O
O
OH
- CO
2
- C
2
H
5
OH
CH
3
-C-CH
3
O
(разб. кислоты
или щелочи)
202
б) кислотное расщепление – при нагревании с концентрированным раствором
КОН происходит расщепление молекулы ацетоуксусного эфира. В результате
получают 2 моля соли карбоновой кислоты (ацетата калия).
CH
3
-C⎯CH
2
-C
O
O
OC
2
H
5
2 KOH конц.
t°C
CH
3
-C
O
OK
CH
3
-C
O
OK
C
2
H
5
OH
+
+
Синтез кетонов и кислот из ацетоуксусного эфира
Первым этапом этого процесса является получение алкил- и диалкил-
ацетоуксусных эфиров, после чего следует их кислотное, либо кетонное
расщепление.
I. Для α-алкилацетоуксусного эфира
1) Кетонное расщепление α-алкилацетоуксусного эфира.
CH
3
-C-CH
2
-COOC
2
H
5
O
C
2
H
5
ONa
- C
2
H
5
OH
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
Na
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
CH
2
-R
R-CH
2
-Br
- NaBr
R = H, алкил
- C
2
H
5
OH
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
CH
2
-R
H
2
O, H
+
t°C
CH
3
-C-CH-COOH
O
CH
2
-R
- CO
2
CH
3
-C-CH
2
-CH
2
-R
O
метилалкил кетоны
фрагмент из
ацетоуксусного
эфира
2) Кислотное расщепление α-алкилацетоуксусного эфира.
- C
2
H
5
OH
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
CH
2
-R
2 KOH конц.
t°C
CH
3
-C
O
OK
+
R-CH
2
CH
2
C
2 HCl
- 2KCl
- 2H
2
O
O
OK
CH
3
-C
O
OH
+
карбоновые кислоты
R-CH
2
CH
2
C
O
OH
фрагмент из
ацетоуксусного эфира
II. Для α,α
/
-диалкилацетоуксусного эфира
1) Кетонное расщепление α,α
/
-диалкилацетоуксусного эфира.
203
R
/
-CH
2
-Br
- NaBr
CH
3
-C-C-COOC
2
H
5
O
CH
2
-R
H
Na
-1/2H
2
CH
3
-C-C-COOC
2
H
5
O
CH
2
-R
Na
R
/
= H,
алкил
CH
3
-C-C-COOC
2
H
5
O
CH
2
-R
CH
2
-R
/
- C
2
H
5
OH
t°C
CH
3
-C-C-COOC
2
H
5
O
CH
2
-R
CH
2
-R
/
H
3
O
+
- CO
2
CH
3
-C-CH
O
CH
2
-R
CH
2
-R
/
метилалкил кетоны
с разветвленной цепью
фрагмент из ацетоуксусного эфира
2) Кислотное расщепление α,α
/
-диалкилацетоуксусного эфира.
- C
2
H
5
OH
2 KOH конц.
CH
3
-C
O
OK
2HCl
- 2KCl
- 2H
2
O
+
CH
3
-C-C-COOC
2
H
5
O
CH
2
-R
CH
2
-R
/
CH
2
-R
R
/
-CH
2
-CH-C
O
OK
+
CH
3
-C
O
OH
CH
2
-R
R
/
-CH
2
-CH-C
O
OH
карбоновые кислоты
с разветвленной цепью
фрагмент из ацетоуксусного эфира
Пример синтеза метилэтилкетона и изомасляной кислоты из
ацетоуксусного эфира.
1.
CH
3
-C-CH
2
-COOC
2
H
5
O
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
Na
CH
3
-Br
- NaBr
Na
-1/2H
2
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
CH
3
- CO
2
t°C
H
3
O
+
CH
3
-C-CH-COOH
O
CH
3
CH
3
-C-CH
2
-CH
3
O
метилэтилкетон
204
2.
CH
3
-C-CH
2
-COOC
2
H
5
O
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
Na
CH
3
-Br
- NaBr
Na
-1/2H
2
CH
3
-C-CH-COOC
2
H
5
O
CH
3
Na
-1/2H
2
CH
3
-C-C-COOC
2
H
5
O
Na
CH
3
CH
3
-Br
- NaBr
CH
3
-C-C-COOC
2
H
5
O
CH
3
CH
3
2KOH конц.
t°C
CH
3
-C
O
OK
+
- C
2
H
5
OH
+
CH
3
-CH-C
CH
3
O
OK
2HCl
- 2KCl
- 2H
2
O
CH
3
-C
O
OH
+CH
3
-CH-C
CH
3
O
OH
2-метилпропановая,
изомасляная кислота
УГЛЕВОДЫ
Общая формула С
n
(H
2
O)
n
Классификация
углеводы
монозы
биозы
полиозы
моносахариды
дисахариды полисахариды
Монозы
Классификация:
Альдозы (полиоксиальдегиды)
Кетозы (полиоксикетоны)
CH
2
(CH)n-C
OH
OH
O
H
CH
2
(CH)n-C-CH
2
OH OH
O
OH
n=3-5
По числу атомов углерода альдозы и кетозы делятся на триозы (три атома
углерода), тетрозы (четыре атома углерода), пентозы (пять атомов углерода),
гексозы (шесть атомов углерода) и гептозы (семь атомов углерода). К
углеводам относятся пентозы, гексозы и гептозы.
Альдозы, имеющие пять атомов углерода, называются альдопентозами,
шесть атомов углерода – альдогексозами, семь атомов углерода –
альдогептозами. Кетозы, соответственно могут быть кетопентозами,
кетогексозами и кетогептозами. В природе наиболее распространены гексозы,
далее следуют пентозы и гептозы.
205