Ответы на билеты

28-29. в молекуле аммиака последовательно замещать атомы водорода углеводородными радикалами, то получатся соединения, которые относятся к классу аминов. Соответственно амины бывают первичные (RNH2), вторичные (R2NH), третичные (R3N). Группа -NH2 называется аминогруппой.

Различают алифатические, ароматические, алициклические и гетероциклические амины в зависимости от того, какие радикалы связаны с атомом азота.

Построение названий аминов производится прибавлением приставки  амино- к названию соответствующего углеводорода (первичные амины) или  окончания -амин к перечисленным назва-ниям радикалов, связанных с атомом азота (для любых аминов).

Способы получения.1. Реакция  Гофмана. Один из первых методов получения первичных аминов — алкилирование аммиака алкилгалогенидами. 2. Реакция Зинина — удобный способ получения ароматических аминов при восстановлении ароматических нитросоединений. В качестве восстановителей используются: H2 (на катализаторе). Иногда водород генерируют непосредственно в момент реакции, для чего обрабатывают металлы (цинк, железо) разбавленной кислотой.

Физические  свойства аминов. Наличие неподеленной электронной пары у атома азота обуславливает более высокие температуры кипения, чем у соответствующих алканов. Амины обладают неприятным резким запахом. При комнатной температуре и атмосферном давлении первые представители ряда первичных аминов — газы, неплохо растворяющиеся в воде. С увеличением углеродного радикала температура кипения повышается и уменьшается растворимость в воде.

Химические  свойства аминов. Основные свойства аминов

Амины являются основаниями, так как атом азота может предоставлять электронную пару для образования связи с электроннедоетаточными частицами по донорно-акцепторному механизму (соответствие определению основности по Льюису). Поэтому амины, так же как и аммиак, способны взаимодействовать с кислотами и водой, присоединяя протон с образованием соответствующих аммониевых солей.

Аммониевые соли хорошо растворимы в воде, но плохо  растворяются в органических растворителях. Водные растворы аминов обладают щелочной реакцией.

Основные свойства аминов зависят от природы заместителей. В частности, ароматические амины  — более слабые основания, чем  алифатические, т.к. свободная электронная  пара азота вступает в сопряжение с p-системой ароматического ядра, что уменьшает электронную плотность на атоме азота (-М-эффект). Напротив, алкильная группа является хорошим донором электронной плотности (+I-эффект).

Окисление аминов. Горение аминов сопровождается образованием углекислого газа, азота и воды:4CH3NH2+9О2=4СO2+2N2+10Н2О

Ароматические амины самопроизвольно окисляются на воздухе. Так, анилин быстро буреет на воздухе вследствие окисления.

Присоединение алкилгалогенидов Амины присоединяют галогеналканы с образованием соли

Взаимодействие  аминов с азотистой кислотой Огромное значение имеет реакция диазотирования первичных ароматических аминов под действием азотистой кислоты, получаемой in situ по реакции нитрита натрия с соляной кислотой.

Первичные алифатические  амины при реакции с азотистой  кислотой образуют спирты, а вторичные  алифатические и ароматические амины дают N-нитрозопроизводные:R-NH2 + NaNO2+НСl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

В ароматических  аминах аминогруппа облегчает замещение  в орто- и пара-положениях бензольного  кольца. Поэтому галогенирование  анилина происходит быстро и в отсутствие катализаторов, причем замещаются сразу три атома водорода бензольного кольца, и выпадает белый осадок 2,4,6-триброманилина:

Эта реакция  бромной водой используется как  качественная реакция на анилин.

Применение

Амины применяются в фармацевтической промышленности и органическом синтезе (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH и др.); при производстве найлона (NH2-(CH2)6-NH2 — гексаметилендиамин); в качестве сырья для производства красителей и пластмасс (анилин).

LAST_UPDATED2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

30. Аминокисло́ты (аминокарбо́новые кисло́ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминные группы.

Общие химические свойства. 1. Аминокислоты могут проявлять как кислотные свойства, обусловленные наличием в их молекулах карбоксильной группы -COOH, так и основные свойства, обусловленные аминогруппой -NH2. Растворы аминокислот в воде благодаря этому обладают свойствами буферных растворов.

Цвиттер-ионом  называют молекулу аминокислоты, в  которой аминогруппа представлена в виде -NH3+, а карбоксигруппа —  в виде -COO-. Такая молекула обладает значительным дипольным моментом при нулевом суммарном заряде. Именно из таких молекул построены кристаллы большинства аминокислот.

Некоторые аминокислоты имеют несколько аминогрупп и  карбоксильных групп. Для этих аминокислот  трудно говорить о каком-то конкретном цвиттер-ионе.

2. Важной особенностью аминокислот является их способность к поликонденсации, приводящей к образованию полиамидов, в том числе пептидов, белков и нейлона-66.

3. Изоэлектрической  точкой аминокислоты называют  значение pH, при котором максимальная  доля молекул аминокислоты обладает нулевым зарядом. При таком pH аминокислота наименее подвижна в электрическом поле, и данное свойство можно использовать для разделения аминокислот, а также белков и пептидов.

4. Аминокислоты  обычно могут вступать во все  реакции, характерные для карбоновых кислот и аминов.

Оптическая  изомерия. Все входящие в состав живых организмов α-аминокислоты, кроме глицина, содержат асимметричный атом углерода (треонин и изолейцин содержат два асимметричных атома) и обладают оптической активностью. Почти все встречающиеся в природе α-аминокислоты имеют L-форму, и лишь L-аминокислоты включаются в состав белков, синтезируемых на рибосомах.

Данную особенность  «живых» аминокислот весьма трудно объяснить, так как в реакциях между оптически неактивными  веществами или рацематами (которыми, видимо, были представлены органические молекулы на древней Земле) L и D-формы образуются в одинаковых количествах. Возможно. выбор одной из форм (L или D) — просто результат случайного стечения обстоятельств: первые молекулы, с которых смог начаться матричный синтез, обладали определенной формой, и именно к ним "приспособились" соответствующие ферменты.

31. Аминокислоты - это  органические амфотерные  соединения. Они содержат в составе молекулы две функциональные группы противоположного характера: амино­группу с основными свойствами и карбоксильную группу с кислотными свойствами. Аминокислоты реагируют как с кислотами, так и с основаниями:

Н2N-СН2-СООН + HCl→ Сl[Н3N-СН2-СООН],

Н2N-СН2-СООН + NaOH → H2N-CH2-COONa + Н2О.

При растворении  аминокислот в воде карбоксильная группа отщепляет ион водорода, который может присоединиться к аминогруппе. При этом образуется внутренняя соль, молекула которой представляет собой биполярный ион:

H2N-CH2—СООН +Н3N-СН2—СОO-.

Водные растворы аминокислот имеют нейтральную, щелочную или кислую среду в зависимости от количества функциональных групп. Так, глутаминовая кислота образует кислый раствор (две группы -СООН, одна -NH2), лизин - щелочной (одна группа -СООН, две -NH2).

Подобно первичным  аминам, аминокислоты реагируют с азотистой кислотой, при этом аминогруппа превращается в гидроксогруппу, а аминокислота — в гидроксикислоту: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2↑+ H2O

Измерение объема выделившегося азота позволяет  определить количество аминокислоты (метод  Ван-Слайка).

Аминокислоты  могут реагировать со спиртами в  присутствии газообразного хлороводорода, превращаясь в сложный эфир (точнее, в хлороводородную соль эфира): H2N-CH(R)-COOH + R'OH  H2N-CH(R)-COOR' + Н2О.

Сложные эфиры  аминокислот не имеют биполярной структуры и являются летучими соединениями. Важнейшее свойство аминокислот — их способность к конденсации с образованием пептидов.

32. Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы — карбонил =CO и гидроксил -OH, взаимно влияющие друг на друга.

Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены смещением  электронной плотности к карбонильному  кислороду и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризации связи О-Н.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы: R-COOH = R-COO- + H+

Растворимость в воде и высокие температуры  кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей.

Аминогру́ппа — одновалентная группа —NH2, остаток аммиака (NH3). Аминогруппа содержится во многих органических соединениях — аминах, аминокислотах, аминоспиртах и др. Соединения, содержащие группу —NH2, имеют, как правило, основный характер, обусловленный наличием неподелённой электронной пары на атоме азота.

В реакциях электрофильного  замещения в ароматических соединениях  аминогруппа является ориентантом  первого рода, т.е. активизирует орто- и пара- положения в бензольном кольце.

33. Поликонденсация - процесс синтеза полимеров из полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений,обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.

Молекулярная  масса полимера, образовавшегося в процессе поликонденсации, зависит от соотношения исходных компонентов, условий проведения реакции.

В реакции поликонденсации  могут вступать как один мономер  с двумя различными функциональными  группами: например, синтез поли-ε-капроамида (найлона-6, капрон) из ε-аминокапроновой кислоты, так и два мономера, несущие различные функциональные группы, например, синтез найлона-66 поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамина; при этом образуются полимеры линейного строения (линейная поликонденсация, см. Рис.1). В случае, если мономер (или мономеры) несут более двух функциональных групп, образуются сшитые полимеры трёхмерной сетчатой структуры (трёхмерная поликонденсация). С целью получения таких полимеров к смеси мономеров нередко добавляют "сшивающие" полифункциональные компоненты.

Особняком стоят  реакции синтеза полимеров из циклических мономеров по механизму  раскрытия цикла - присоединение, например, синтез найлона-6 из капролактама (циклического амида ε-аминокапроновой кислоты); несмотря на то, что выделение низкомолекулярного фрагмента при этом не происходит, такие реакции чаще относят к поликонденсации.

Пептидная связь — вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты.

язь C-N в пептидной  связи частично имеет характер двойной, что проявляется, в частности, в  уменьшении её длины до 1,32 ангстрема. Это обуславливает следующие  свойства:

4 атома связи  (C, N, O и H) и 2 α-углерода находятся в одной плоскости. R-группы аминокислот и водороды при α-углеродах находятся вне этой плоскости.

H и O в пептидной  связи, а также α-углероды двух  аминокислот трансориентированы (транс-изомер  более устойчив). В случае L-аминокислот, что имеет место во всех природных белках и пептидах, R-группы также трансориентированы.

Вращение вокруг связи C-N невозможно, возможно вращение вокруг С-С связи.

пептиды (греч. πεπτος — питательный) — семейство веществ, молекулы которых построены из остатков α-аминокислот, соединённых в цепь пептидными (амидными) связями —C(O)NH—.

34. Белки́ (протеи́ны,  полипепти́ды) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью аминокислот. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. Кроме того, аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.

Для того чтобы  разобраться в замысловатой укладке (архитектонике) белковой макромолекулы, следует рассмотреть в ней  несколько уровней организации. Первичной, самой простой структурой является полипептидная цепь, т. е. нить аминокислот, связанных между собой пептидными связями. В первичной структуре все связи между аминокислотами являются ковалентными и, следовательно, прочными. Следующий, более высокий уровень организации - это вторичная структура, когда белковая нить закручена в виде спирали. Между группами -СООН, находящимися на одном витке спирали, и группами -NH2 на другом витке образуются водородные связи. Они возникают на основе водорода, чаще всего находящегося между двумя отрицательными атомами. Водородные связи слабее ковалентных, но при большом их числе обеспечивают образование достаточно прочной структуры. Нить аминокислот (полипептид) далее свертывается, образуя клубок, или фибриллу или глобулу, для каждого белка специфичную. Таким образом, возникает сложная конфигурация, называемая третичной структурой . Определение ее производят обычно с помощью метода рентгеноструктурного анализа , который позволяет установить положение в пространстве атомов и групп атомов в кристаллах и сложных соединениях.