Аминокислоты. Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, содержащие амино- и карбоксильную группу

Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, содержащие амино- и карбоксильную группу. По их взаимному расположению аминокислоты классифицируют на α-, β-, γ-, δ-, ε- аминокислоты. Например:

 

 

Аминокислоты обладают всеми свойствами карбоновых кислот - они способны образовывать соли, сложные эфиры и другие функциональные производные:

 

Аминокислоты проявляют также свойства аминов (основные свойства, способность к реакциям ацилирования и алкилирования):

 

Амфотерность аминокислот приводит к тому, что они могут существовать в виде внутренних солей:

 

Специфические свойства аминокислот зависят от взаимного расположения амино- и карбоксильной групп.

α-Аминокислоты вступают в реакции декарбоксилирования при нагревании с гидроксидом бария с образованием соответствующих аминов, например:

 

 

Сходным образом декарбоксилирование природных α-аминокислот протекает и in vivo с участием ферментов, например, при декарбоксилировании серина образуется коламин:

 

Другим специфическим свойством α-аминокислот является их способность к образованию межмолекулярных циклических амидов (дикетопиперазинов):

 

Так как дикетопиперазины фактически являются амидами, они способны к гидролизу и в кислой, и в щелочной среде.

Характерной особенностью β-аминокислот являются реакции внутримолекулярного элиминирования: при нагревании они отщепляют молекулу аммиака. Например, при нагревании
β-аминомасляной кислоты образуется кротоновая (бутен-2-овая) кислота:

 

Способность к этой реакции связана с подвижностью протона водорода при α-углеродном атоме из-за электроноакцепторного влияния двух функциональных групп.

За счет существования молекул γ-аминокислот в клешневидной конформации функциональные группы оказываются пространственно сближенными, и между ними может происходить взаимодействие с образованием циклического внутримолекулярного амида (лактама):

 

 

Пятичленные циклы устойчивы, поэтому реакция протекает достаточно легко.

Как амиды лактамы подвергаются гидролизу и в кислой, и в щелочной среде:

 

 

 

Некоторые природные соединения и синтетические лекарственные средства содержат в своей структуре лактамный цикл. Например, четырехчленный β-лактамный цикл присутствует в молекулах пенициллинов. Из-за его способности к гидролизу, что приводит к потере биологической активности, пенициллины не стерилизуют в водных растворах.

Гидроксикислоты (оксикислоты)

Примерами гидроксикислот являются:

 

 

Для гидроксикислот характерны свойства карбоновых кислот и спиртов. Как карбоновые кислоты они образуют соли и сложные эфиры:

 

 

Как спирты оксикислоты способны к реакциям окисления и ацилирования:

 

 

Специфические свойства α-оксикислот. α -Оксикислоты при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты разлагаются с образованием карбонильных соединений и муравьиной кислоты. Например:

 

Другим специфическим свойством α-оксикислот является их способность к реакциям образования межмолекулярных циклических сложных эфиров – лактидов:

 

 

Лактиды способны к гидролизу и в кислой, и в щелочной среде.

Для β-оксикислот характерны реакции внутримолекулярного элиминирования, при нагревании они отщепляют воду:

 

 

γ -Оксикислоты способны к реакциям внутримолекулярной этерификации, приводящим к образованию циклических сложных эфиров, например,

Как сложные эфиры лактоны гидролизуются и в кислой, и в щелочной среде:

 

 

Примерами многоосновных оксикислот являются яблочная (соли – малаты), винная (соли – тартраты) и лимонная (соли – цитраты) кислоты:

 

 

Как дикарбоновая кислота, винная кислота дает два ряда солей – кислые и средние, причем кислая калиевая соль нерастворима в воде, а средняя – растворима.

На этом основано качественное определение винной кислоты.

 

 

Второй качественной реакцией винной кислоты является ее взаимодействие с гидроксидом меди (II). Это реакция на диольный фрагмент молекулы (происходит растворение голубого осадка Cu(OH)₂ с образованием ярко-синего раствора:

 

 

 

Как α-оксикислота лимонная кислота разлагается при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты, давая ацетондикарбоновую (3-оксопентандиовую) кислоту и муравьиную кислоту. Для β-кетонокислот характерны реакции декарбоксилирования, поэтому ацетондикарбоновая кислота превращается в ацетон:

 

 

Ацетон можно обнаружить с помощью иодоформной пробы (см. стр. 85).