Chemia kosmetyczna Materiał do ćwiczeń 2014/2015 ANALIZA JAKOŚCIOWA CZĘŚĆ DRUGA

Transkrypt

1 AALIZA JAKŚCIWA CZĘŚĆ DUGA AMIY Aminy można uważać z pochodne amoniaku, w którym jeden lub kilka atomów wodoru zostało zastąpionych resztami alkilowymi lub arylowymi. Aminy są klasyfikowane na podstawie liczby podstawników alkilowych lub arylowych związanych z atomem azotu: AMIY: Irzędowa IIrzędowa IIIrzędowa 1 1 Aminy mogą występować w postaci gazowej, ciekłej lub stałej. Aminy odznaczają się charakterystycznymi zapachami, często podobnymi do zapachu amoniaku lub ryb. iskocząsteczkowe aminy alifatyczne podobnie jak amoniak rozpuszczają się dobrze w wodzie, źle zaś w organicznych rozpuszczalnikach niepolarnych. Aminy zawierające rodniki alifatyczne o długim łańcuchu węglowym lub aromatyczne o większej masie cząsteczkowej są w wodzie praktycznie nierozpuszczalne. Aminy wykazują charakter zasadowy i to w przypadku amin alifatycznych nieco silniejszy aniżeli ich substancja macierzysta, jaką jest amoniak. Ten silniejszy od amoniaku charakter zasadowy wynika z obecności grup alkilowych (dodatni efekt indukcyjny) przy atomie azotu. Wolna para elektronowa atomu azotu w aminach warunkuje jej elektronodonorowe właściwości i określa zdolności do wiązania protonów odszczepionych od cząsteczek kwasów, co jak wiemy stanowi o zasadowych właściwościach związku. Aminy tworzą z kwasami sole. Większość tych soli odznacza się wyraźną formą krystaliczną, dzięki czemu służyć mogą do wyodrębniania, charakterystyki i identyfikowania amin. 3 3 C Cl 3 C Cl Aminy alifatyczne reagują nie tylko z protonami powstałymi z dysocjacji kwasów, lecz również wymuszają dysocjację wody. Wytworzony jon powoduje, że roztwory amin posiadają odczyn alkaliczny. Powstający wodzian aminy C 3 jest analogiczny do wodzianu amoniaku 3. chlorek metyloamoniowy 3 C 3 C 3 C wodzian aminy Aminy aromatyczne mogą przyłączać protony wytworzone w wyniku dysocjacji kwasów, nie powodują natomiast dysocjacji wody. ie barwią papierka lakmusowego. Zasadowy charakter amin jest najwyraźniejszy w przypadku drugorzędowych amin alifatycznych, a najsłabszy w przypadku trzeciorzędowych amin aromatycznych. > 3 > Ar > ArAr > ArAr Ar Badanie rzędowości amin 1. eakcja z kwasem azotowym(iii) Kwas azotowy(iii) działa na aminy w sposób bardzo charakterystyczny, dzięki czemu możemy określić ich rzędowość. Aminy alifatyczne Irzędowe pod jego wpływem tworzą, nawet w niskich temperaturach, alkohole i wydzielają azot oraz wodę. Drugorzędowe aminy alifatyczne tworzą nitrozoaminy (substancje nierozpuszczalne w wodzie, o charakterze oleistych cieczy), natomiast alifatyczne aminy IIIrzędowe nie reagują z kwasem azotowym(iii). C 3 C 3 (C 3 ) (C 3 ) 3 X (C 3 ) = nitrozoamina 1

2 Kwas azotowy(iii) działa również specyficznie na aminy aromatyczne zwłaszcza na Irzędowe, dając sole diazoniowe, które po lekkim ogrzaniu przekształcają się w fenole wydzielając wolny azot. Cl Cl a acl chlorek benzodiazoniowy T 3 Drugorzędowe aminy aromatyczne w reakcji z dają żółto zabarwione, oleiste nitrozoaminy. C 3 C 3 atomiast IIIrzędowe aminy aromatyczne w reakcji z kwasem azotowym(iii) tworzą barwne pochodne pnitrozowe. C 3 C 3 C 3 C 3. eakcja z ninhydryną Inną reakcją, która pozwala na rozróżnienie rzędowości amin jest reakcja z ninhydryną. inhydryna (wodzian triketoindanu) reaguje na zimno z Irzędowymi aminami alifatycznymi z wytworzeniem fioletowego barwnika tzw. purpury uhemanna. Jest to bardzo czuła reakcja, stosowana do wykrywania minimalnych ilości amin i aminokwasów. C C C C C purpura uhemanna Drugorzędowe aminy alifatyczne reagują z ninhydryną po ogrzaniu z wytworzeniem związków o zabarwieniu żółtym, brązowym lub bordowym. Budowa większości tych związków nie jest znana. Trzeciorzędowe aminy alifatyczne nie reagują z ninhydryną, nie reagują z nią też żadne aminy aromatyczne.

3 WĘGLWDAY Węglowodany (cukry, sacharydy) są związkami pochodzenia naturalnego, w większości przypadków ich struktura daje wyrazić się wzorem ogólnym C n( ) m. ajbardziej ogólny podział cukrów przewiduje wyodrębnienie dwóch klas związków: 1. cukry właściwe węglowodany,. związki cukropodobne substancje pektynowe, hemicelulozy, gumy roślinne itp. Można powiedzieć, że węglowodany są polihydroksyaldehydami i polihydroksyketonami, lub substancjami dającymi tego typu związki w wyniku hydrolizy. Węglowodany obejmują bardzo liczną grupę związków o różnych właściwościach. ależą tu związki drobno i wielkocząsteczkowe, dobrze rozpuszczalne jak i praktycznie nie rozpuszczalne w wodzie, o smaku słodkim i bez smaku, hydrolizujące i niehydrolizujące. Węglowodany dzielimy zasadniczo na trzy typy: 1. monosacharydy (jednocukry, cukry proste), które nie ulegają hydrolizie do prostszych cząsteczek; struktura odpowiada, z reguły, wzorowi C n n n, gdzie n =,3,4,...10;. oligosacharydy (wielocukry proste), czyli pochodne monosacharydów, zawierające wiązanie glikozydowe (acetalowe); w skład jednej cząsteczki oligosacharydu może wchodzić od do 9 cząsteczek monosacharydów; 3. polisacharydy (wielocukry złożone), makrocząsteczki o budowie podobnej do oligosacharydów; w wyniku hydrolizy dają wielką liczbę cząsteczek monosacharydów. Monosacharydy Monosacharydy (jednocukry) są to polihydroksyaldehydy lub polihydroksyketony. Dzielimy je w zależności od: a. liczby atomów węgla w cząsteczce na: triozy, tetrozy, pentozy, heksozy, itd., b. obecności grupy funkcyjnej na: aldozy posiadające grupę aldehydową, ketozy zawierające grupę ketonową. Monosacharydy występują głównie w formie pierścieniowej dzięki tworzeniu się wewnątrzcząsteczkowego wiązania hemiacetalowego pomiędzy grupą karbonylową i jedną z grup hydroksylowych. Projekcje awortha Dglukopiranoza Dfruktofuranoza Dfruktopiranoza Dgalaktopiranoza C C C C Projekcje Fischera C Pięcio i sześcioczłonowe cykliczne hemiacetale są szczególnie trwałe, stąd węglowodany istnieją jako mieszanina form cyklicznych i łańcuchowych pozostających ze sobą w równowadze. Dla pięcioczłonowej formy pierścieniowej cząsteczki cukru przyjęto określenie furanoza, natomiast dla formy sześcioczłonowej piranoza. ba określenia pochodzą od cyklicznych eterów: furanu i piranu. Utworzenie ugrupowania hemiacetalowego skutkuje także utworzeniem dodatkowego centrum stereogenicznego w cząsteczce cukru. Karbonylowy atom węgla, pierwotnie o hybrydyzacji sp, staje się atomem tetraedrycznym o hybrydyzacji sp 3, połączonym z czterema różnymi atomami. W zależności od konfiguracji podstawników przy tym właśnie atomie węgla, możemy mieć do czynienia z anomerem α lub β pierścieniowej formy cukru. bie formy różnią się skręcalnością właściwą [α] D oraz, nieznacznie, temperaturą topnienia. Anomery w roztworze wodnym ulegają mutarotacji, następuje odwracalne otwarcie pierścienia i odtworzenie grupy karbonylowej, po czym zachodzi ponowne zamknięcie pierścienia, często z odwróceniem konfiguracji na hemiacetalowym (anomerycznym) atomie węgla. Prowadzi to powstania mieszaniny anomerów, pozostających wobec 3

4 siebie w równowadze, a przez to do zmiany skręcalności roztworu cukru. Proces ten zachodzi powoli w obojętnym p, ale jest katalizowany zarówno przez kwasy jak i zasady. Dglukopiranoza 36% [] D = 11, 0 anomeryczny at. C Dglukoza Dglukopiranoza 64% [] D = 18,7 0 anomeryczny at. C [] D roztworu w rownowadze = 36% x (11, 0 ) 64% x (18,7 0 ) = 5,36 0 Właściwości chemiczne cukrów wynikają z faktu, że związki te są jednocześnie aldehydami lub ketonami oraz alkoholami. Z obecnością grup hydroksylowych wiąże się zdolność cukrów do tworzenia estrów, z których duże znaczenie mają estry fosforanowe. Estry te biorą udział w katabolicznych i anabolicznych przemianach cukrów. Z obecnością grup karbonylowych wiąże się zdolność cukrów do enolizacji. Pod wpływem rozcieńczonych zasad ketozy i aldozy ulegają wzajemnej izomeryzacji z wytworzeniem pośrednich form endiolowych. Proces ten nazywany jest epimeryzacją, a cukry w nim uczestniczące epimerami. W środowisku zasadowym epimery pozostają ze sobą w równowadze. Przemiany tego typu zachodzą również w komórkach roślinnych i zwierzęcych, katalizowane są przez enzymy epimerazy. Epimeryzacja Dglukoza Dfruktoza endiol Dmannoza 1. Próby grupowe cukrów Cząsteczki cukrów pod wpływem stężonych kwasów, takich jak kwas solny, siarkowy czy octowy, ulegają odwodnieniu i przekształcają się w pochodne furanu, z pentoz powstaje furfural, z heksoz 5hydroksymetylofurfural. C pentoza Cl 3 furfural C Cl heksoza 3 C 5hydroksymetylofurfural Związki te kondensując z fenolami dają barwne pochodne triarylometanowe. Do barwnych prób cukrów (monosacharydów, ale również oligo i polisacharydów, które pod wpływem kwasów ulegają hydrolizie do cukrów prostych) należą następujące reakcje: a. tymolowa uzyskuje się pochodne barwy czerwonej, b. Molischa z αnaftolem barwa czerwonofioletowa), c. Biala z orcyną na pentozy roztwór zabarwia się na zielono, d. Seliwanowa z rezorcyną na ketozy roztwór zabarwia się na różowo. 4

5 Próby Molischa i tymolowa są reakcjami grupowymi. Znaczy to, że wynik ujemny reakcji wyklucza obecność węglowodanów, natomiast dodatni nie jest wystarczającym dowodem ich obecności, gdyż pozytywny wynik próby dają także aldehydy, aceton, kwasy mlekowy, kwas cytrynowy i mrówkowy. Próba Molischa C C C =, furfural = C, 5 hydroksymetylofurfural czerw onofioletow y barw nik W próbie Biala pentozy, po odwodnieniu do furfuralu, w reakcji z orcyną i w obecności jonów żelaza(iii) tworzą kompleksy o barwie zielononiebieskiej. eksozy natomiast przekształcając się w hydroksymetylofurfural w tych samych warunkach reagują znacznie słabiej dając kompleks o barwie zielonobrązowej. eakcja Seliwanowa jest wykorzystywana do odróżnienia ketoz od aldoz na zasadzie różnicy w szybkości odwadniania tych cukrów. Ketozy ogrzewane w 1% wodnym roztworze Cl w temperaturze 100 C w ciągu 30 sekund ulegają odwodnieniu do 5hydroksymetylofurfuralu, który z rezorcyną tworzy kompleks o barwie czerwonowiśniowej. W tych warunkach aldozy nie ulegają odwodnieniu, co pozwala na ich odróżnienie od ketoz. Użycie kwasu bardziej stężonego jak również wydłużenie czasu ogrzewania lub podwyższenie temperatury może sprawić, iż reakcji tej ulegną również aldozy. Próba ta daje również wynik pozytywny w przypadku wielocukrów zawierających ketozy. Próba Biala / Seliwanowa 1 1 = ; C eakcja Biala: orcyna ( = C 3 ), eakcja Seliwanowa: rezorcyna ( = ), 1 produkt barwy zielonej produkt barwy czerwonej. Próby redukcyjne cukrów W przypadku aldoz można mówić o własnościach redukujących. Liczne próby na cukry oparte są na redukcji dwuwartościowego jonu miedzi(ii) do jednowartościowego jonu miedzi(i), podczas których aldozy utleniają się do kwasów aldonowych (glukoza utlenia się do kwasu glukonowego). ajczęściej stosowane próby redukcyjne cukrów to próby: Trommera i Fehlinga. Cu Cu Ponadto aldozy, podobnie jak aldehydy, dają pozytywny wynik reakcji Tollensa (patrz: reakcje aldehydów). 5

6 W próbie Fehlinga po zmieszaniu odczynników Fehling I (CuS 4 5 w rozcieńczonym S 4) i Fehling II (roztwór winianu sodowopotasowego i a) powstaje zasadowy roztwór kompleksu wodorotlenku miedzi z winianem, co zapobiega wytrącaniu się Cu() i maskowaniu końcowego produktu reakcji, czerwonego Cu. Kompleks posiada strukturę trójwodnego winianu miedziowego, z sześciokrotnie skoordynowanym kationem miedzi(ii). Dodany cukier redukujący ulega utlenieniu oddając elektrony, które przyjmowane są przez Cu. W wyniku tego kompleks wodorotlenku miedzi z winianem rozpada się, Cu redukuje się do Cu i po ogrzaniu wytrąca się w postaci czerwonego lub pomarańczowego osadu tlenku miedzi(i) (Cu ). W próbie Trommera rolę solubilizatora wodorotlenku miedzi(ii) spełnia sam cukier. Z tego powodu dodawanie zbyt dużej ilości siarczanu miedzi(ii) może doprowadzić do nadmiaru Cu(), który po ogrzaniu przechodzi w czarny Cu i maskuje prawidłowy wynik reakcji. W przypadku dodania zbyt dużej ilości roztworu CuS 4 i wytrącenia wodorotlenku miedzi, należy osad odsączyć, po czym dopiero ogrzać próbę. Fakt, że cukry mogą zostać utlenione do kwasów aldonowych został wykorzystany w celu odróżnienia aldoz od ketoz. Tylko w obecności aldoz następuje odbarwienie wody bromowej z dodatkiem kwaśnego węglanu sodu. Br, ac 3 Dgalaktoza sól kw asu Dgalaktonow ego ligosacharydy ligosacharydami nazywamy wielocukry proste, zbudowane z niewielkiej liczby cząsteczek cukrów prostych (monosacharydów) połączonych wiązaniami glikozydowymi. ajprostszymi, a jednocześnie najważniejszymi i najbardziej rozpowszechnionymi oligosacharydami są dwucukry, które w wyniku hydrolizy (kwasowej lub enzymatycznej), dają monosacharydy i to najczęściej heksozy. W skład dwucukrów mogą wchodzić dwie identyczne lub różne reszty cukrów prostych. Monosacharydy wchodzące w skład dwucukrów łączą się między sobą za pomocą wiązania glikozydowego α lub β. Atom wodoru hemiacetalowej grupy wodorotlenowej w anomerze α lub β jest podstawiany resztą drugiej cząsteczki cukru, a tworzące się wiązanie określane jest jako glikozydowe. anomeryczny atom w ęgla (hemiacetalow y) C anomeryczny atom w ęgla (acetalow y) C DIdopiranoza pentozylodidopiranozyd w iązanie glikozydow e W przypadku, gdy w jednej z reszt monocukrowych, składających się na cząsteczkę disacharydu, znajduje się wolna grupa hydroksylowa przy hemiacetalowym atomie węgla, to taki disacharyd zachowuje się jak cukier prosty i jest określany dwucukrem redukującym. Disacharydy redukujące, między innymi, ulegają: a. mutarotacji, b. próbom redukcyjnym (reakcjom z odczynnikami Tollensa, Fehlinga i Benedicta itp.), c. reakcjom addycji nukleofilowej, dając cyjanohydryny, oksymy, hydrazony, osazony itp. ajbardziej znanymi dwucukrami redukującymi są maltoza i laktoza. Maltoza zbudowana jest z dwóch cząsteczek αdglukopiranozy połączonych wiązaniem α1,4glikozydowym, natomiast laktoza składa się z αdglukopiranozy oraz βdgalaktopiranozy połączonych wiązaniem β1,4 glikozydowym. 6

7 reszta nieredukująca reszta redukująca reszta nieredukująca reszta redukująca Dglukopiranozylo(1 maltoza 4)Dglukopiranoza Jeżeli w powstawaniu wiązania glikozydowego pomiędzy dwiema cząsteczkami monocukru biorą udział oba układy hemiacetalowe, to otrzymujemy disacharydy nieredukujące, które nie dają reakcji typowych dla disacharydów redukujących czy monosacharydów. Przeprowadzenie takich reakcji jest możliwe dopiero po hydrolizie wiązania glikozydowego i uwolnieniu cząsteczek monocukrów. Przedstawicielem dwucukrów nieredukujących jest sacharoza, zbudowana z αdglukopiranozy i β Dfruktofuranozy połączonych ze sobą wiązaniem α1,glikozydowym. Dgalaktopiranozylo(1 laktoza 4)Dglukopiranoza reszta nieredukująca 1 1 (Dglukopiranozylo)Dfruktofuranozyd sacharoza reszta nieredukująca Polisacharydy Polisacharydy są glikozydami, których cząsteczki utworzone są z setek lub tysięcy reszt węglowodanowych, połączonych ze sobą poprzez atomy tlenu grup hemiacetalowych. ajważniejszymi polisacharydami są: 1. skrobia pochodzenia wyłącznie roślinnego,. glikogen pochodzenia wyłącznie zwierzęcego, 3. celuloza. Skrobia jest podstawowym składnikiem świata roślinnego. Ziarna skrobi, charakterystyczne dla roślin, z których pochodzą, różnią się rozmiarami i zbudowane są z dwóch warstw: a. zewnętrznej amylopektyny nierozpuszczalnej w wodzie, b. wewnętrznej amylozy rozpuszczalnej w wodzie. Produktami kwasowej hydrolizy skrobi w początkowym etapie są różne dekstryny o coraz niższym ciężarze cząsteczkowym. W dalszej kolejności uzyskuje się maltozę, a w końcu glukozę. skrobia amylodekstryny erytrodekstryny achrodekstryny maltoza glukoza Charakterystyczną reakcją dla polisacharydów zbudowanych z cząsteczek glukozy jest próba z jodem. Amyloza daje zabarwienie niebieskie, amylopektyna fioletowe, glikogen brunatnoczerwone, a celuloza żółte. iebieska barwa jest charakterystyczna dla długich spiralnie skręconych nici, bez bocznych odgałęzień. W miarę skracania się łańcucha wzmaga się zabarwienie czerwone. Produkty degradacji skrobi (dekstryny) o długich łańcuchach barwią się na niebieskofioletowo (amylodekstryny), o średniej długości barwią się na czerwono (erytrodekstryny), a krótkie łańcuchy nie zmieniają barwy jodu (achrodekstryny). W miarę postępu hydrolizy ilość wolnych grup aldehydowych w dekstrynach wzrasta. 7

8 AMIKWASY Aminokwasy są to związki, które w łańcuchu węglowym zawierają zarówno grupę aminową jak i grupę karboksylową. Grupa aminowa w stosunku do grupy karboksylowej może zajmować dowolną pozycję:,, itd. W aminokwasach naturalnych, otrzymanych przez hydrolizę białek, grupa aminowa występuje zawsze w pozycji. Wzory ogólne naturalnych aminokwasów występujących w białkach C Aminokwasy zaliczane są do amfolitów, gdyż zachowują się jak kwasy i zasady. W stanie stałym występują one w formie jonów obojnaczych mających charakter soli wewnętrznych. Ze względu na budowę chemiczną aminokwasy można podzielić na: 1. Aminokwasy z ugrupowaniem niepolarnym lub hydrofobowym (alkilowym lub arylowym): glicyna, alanina, walina, leucyna, izoleucyna, fenyloalanina, prolina.. Aminokwasy z ugrupowaniem polarnym, ale niezjonizowanym zawierającym grupy funkcyjne:, S, SC 3, SS oraz heterocykliczne. Są to seryna, cysteina, treonina, tyrozyna, metionina, cystyna, tryptofan. 3. Aminokwasy kwaśne, zawierające dodatkową grupę karboksylową: kwas asparaginowy, kwas glutaminowy oraz ich amidy (asparagina, glutamina). 4. Aminokwasy zasadowe, zawierające dodatkową grupę zasadową: aminową lizyna, ornityna; guanidynową arginina; pierścień imidazolowy histydyna. eakcje, którym ulegają aminokwasy można więc podzielić na niżej wymienione grupy. 1. Wzajemne oddziaływanie grupy aminowej i karboksylowej Grupa karboksylowa ma zdolność do odszczepiania protonu, natomiast grupa aminowa, jako zasadowa, może przyłączać proton. bie grupy sprawiają, że aminokwasy są związkami amfoterycznymi, gdyż mogą reagować zarówno z zasadami jak i z kwasami. Ponadto grupy oddziaływują na siebie wzajemnie powodując powstawanie soli wewnętrznej aminokwasu. Jest to powodem wysokich temperatur topnienia poszczególnych aminokwasów oraz ich dobrej rozpuszczalności w wodzie i słabej w rozpuszczalnikach organicznych (w przeciwieństwie do kwasów i amin, które z reguły trudno rozpuszczają się w wodzie, a bardzo dobrze w rozpuszczalnikach organicznych). Całkowity ładunek cząsteczki aminokwasu zależy od p środowiska. Wartość p, przy której aminokwas istnieje w postaci jonu obojnaczego określany jest punktem izoelektrycznym (pi). ównowaga kwasowo zasadowa w roztworze aminokwasu 3 3 kation p < pi jon obojnaczy p = pi Wartość pi większości aminokwasów wynosi ok. 6, obecność w cząsteczce dodatkowych grup funkcyjnych aminowych albo karboksylowych powoduje przesunięcie punktu izoelektrycznego w kierunku, odpowiednio, większych albo mniejszych wartości.. eakcje grupy karboksylowej Aminokwasy są mocniejszymi kwasami od kwasu węglowego, rozpuszczają się więc, podobnie jak kwasy karboksylowe, w 5% ac 3. eakcji towarzyszy wydzielanie się C, czyli zjawisko perlenia, które daje się zauważyć zazwyczaj dopiero po około 3 minutach. anion p > pi ac 3 C a 3 8

9 Typową reakcją grupy karboksylowej aminokwasów jest kondensacja z grupą aminową innego aminokwasu z utworzeniem wiązania peptydowego. bie grupy nie łatwo reagują ze sobą i w praktyce wymagane jest uaktywnienie grupy karboksylowej w jednym z reagentów, np. poprzez utworzenie tzw. aktywnego estru. Jednocześnie, aby uniknąć niepożądanych połączeń aminokwasów, drugi z reagentów, tzw. komponent aminowy, musi mieć zablokowaną grupę karboksylową. iejednokrotnie dokonuje się tego poprzez utworzenie estrów etylowych lub metylowych. 3. eakcje grupy aminowej Grupa aminowa w aminokwasach ulega typowym reakcjom alifatycznych amin Irzędowych z wyjątkiem proliny i hydroksyproliny, które w pozycji α zawierają IIrzędową grupę aminową. ajważniejszą reakcją grupy aminowej jest acylowanie prowadzące do powstania amidu. eakcja tego typu z udziałem innego aminokwasu, tzw. komponentu kwasowego, jest wykorzystywana do tworzenia peptydów. Z oczywistych względów komponent kwasowy musi mieć zabezpieczoną grupę aminową. W tym celu często przeprowadza się reakcje acylowania lub alkilowania grupy aminowej odpowiednimi pochodnymi chlorowcowymi (chlorki kwasowe, chlorki alkilowe). eakcjami charakterystycznymi grupy aminowej w aminokwasach jest działanie kwasu azotowego(iii) oraz ninhydryny: a. eakcja van Slyke a z kwasem azotowym(iii) Wolne aminokwasy w wyniku działania ulegają deaminacji z wydzieleniem azotu i utworzeniem hydroksykwasu (patrz: reakcje amin alifatycznych z ). 3 b. eakcja ninhydrynowa Aminokwasy, peptydy oraz białka dają charakterystyczną reakcję z roztworem ninhydryny, podobnie jak amoniak i alifatyczne aminy Irzędowe. Aminokwasy z wolną grupą aminową pod wpływem ninhydryny (wodzianu triketohydrindenu) ulegają dekarboksylacji i oksydatywnej deaminacji. Początkowo powstaje iminokwas oraz zredukowana forma ninhydryny, tzw. hydrindantyna. astępnie iminokwas przechodzi w aldehyd krótszy o jeden atom węgla niż wyjściowy aminokwas, uwalnia się dwutlenek węgla oraz amoniak, który bierze udział w kondensacji z cząsteczką ninhydryny oraz hydrindantyny. W efekcie powstaje purpura uhemanna o barwie niebieskofioletowej. eakcja ninhydrynowa jest reakcją grupową aminokwasów, a jej dokładność i czułość sprawiła, że jest ona wykorzystywana nie tylko do wykrywania aminokwasów, ale także do ilościowego oznaczania wolnych αaminokwasów metodą kolorymetryczną. Intensywność i odcień powstającego zabarwienia jest różna w zależności od rodzaju aminokwasu, jednakże natężenie zabarwienia jest proporcjonalne do stężenia aminokwasu w roztworze. 4. eakcje specyficzne związane z obecnością grup funkcyjnych Próba cystynowa wykrywanie aminokwasów siarkowych Aminokwasy siarkowe z grupami S (cysteina) lub disulfidowymi SS (cystyna), zarówno w białkach jak i niezwiązane, ogrzewane w silnie zasadowym środowisku przekształcają się w kwas pirogronowy z jednoczesnym odłączeniem atomów siarki w postaci jonów siarczkowych. Jony te w reakcji z jonami ołowiu(ii) dają czarny osad siarczku ołowiu. Metionina, zawierająca grupę tioeterową, nie daje dodatniego wyniku tej reakcji. S 3 C 3 S cysteina Pb S PbS a. Próba ksantoproteinowa wykrywanie aminokwasów z układem aromatycznym eakcja ksantoproteinowa jest uwarunkowana obecnością w cząsteczce białka aminokwasów zawierających pierścień aromatyczny (tryptofan, tyrozyna, fenyloalanina). Pod 9

10 wpływem stężonego kwasu azotowego(v) zachodzi nitrowanie pierścienia benzenowego, a powstający produkt ma barwę żółtą. Po zalkalizowaniu żółty kolor powstałego związku nitrowego pogłębia się do żółtopomarańczowego, gdyż powstają intensywniej zabarwione sole. BIAŁKA Białka są to związki zbudowane z więcej niż 100 reszt aminokwasów o masie cząsteczkowej powyżej 10 tys. Związki o niższej masie to polipeptydy. W białkach wiązanie peptydowe (zwane również wiązaniem amidowym) łączy grupę karboksylową jednego aminokwasu z grupą aminową drugiego aminokwasu. Powstanie dipeptydu z dwu wolnych aminokwasów wiąże się z uwolnieniem jednej cząsteczki wody. tyrozyna aminokw as acylujący aminokw as acylow any dipeptyd Białka ze względy na swoją strukturę dzielą się na białka proste i białka złożone. Spośród wszystkich polimerów syntetycznych i naturalnych białka są substancjami najbardziej skomplikowanymi i posiadającymi najbardziej różnorodne właściwości. Właściwości białek zależą od budowy i kolejności ułożenia wielu reszt aminokwasowych () rozmieszczonych wzdłuż łańcucha polipeptydowego. Substancje białkowe pełnią w przyrodzie funkcje strukturalne (np. skóra, włosy, ścięgna, włókna mięśniowe), katalityczne (enzymy), transportowe (hemoglobina). Białkami są również substancje odpornościowe, które z jednej strony chronią organizm przed zakażeniem, a z drugiej uniemożliwiają przeszczepianie narządów. Wszystkie indywidualne cechy wszystkich organizmów sprowadzają się do białek, z których te organizmy są zbudowane według instrukcji zawartych w cząsteczkach DA. Substancje białkowe niezależnie od pochodzenia dają wspólne reakcje charakterystyczne. 1. Wysalanie białek Białka, jako związki wielkocząsteczkowe posiadające zjonizowane grupy aminowe i karboksylowe, wykazują zdolność wiązania dipolarnych cząsteczek wody. Dzięki temu białka w środowisku wodnym ulegają hydratacji, pęcznieją, a następnie rozpuszczają się. Podobnie jak inne jony, otaczają się płaszczem wodnym i w tej postaci, jako osobne cząsteczki, tworzą roztwory koloidalne. a rozpuszczalność białek w wodzie wpływa obecność soli nieorganicznych oraz p roztworu (wartość nieco inna niż punktu izoelektrycznego sprzyja rozpuszczaniu). Wzrost stężenia soli w roztworze może jednakże doprowadzić do strącenia białka z roztworu. Jony soli tworzą własną powłokę solwatacyjną, przy wysokim stężeniu soli w roztworze woda hydratacyjna cząsteczek białka zostaje od nich odciągnięta. bnażone w ten sposób cząsteczki białka ulegają koagulacji na skutek wysolenia. Proces ten jest odwracalny, wystarczy odbudować płaszcz wodny białka poprzez dodanie wody. Podczas wysalania białko nie traci w sposób trwały swojej przestrzennej struktury oraz funkcji biologicznych. Wysalanie białek przeprowadza się za pomocą nasyconych roztworów ( 4) S 4, 4Cl, MgS 4.. Denaturacja Pod wpływem soli metali ciężkich, mocnych kwasów lub mocnych zasad, podwyższonej temperatury oraz niektórych czynników chemicznych (96% etanol, aceton, fenol) dochodzi do denaturacji i trwałego wytrącenia białek z roztworów. Denaturacja jest zjawiskiem polegającym na nieodwracalnej zmianie przestrzennej struktury białek (II i III i IVrzędowej). 3. eakcja biuretowa Piotrowskiego Peptydy zawierające co najmniej dwa wiązania peptydowe (a więc tripeptydy i dłuższe) oraz białka tworzą z jonami miedzi(ii) w środowisku zasadowym połączenia kompleksowe o barwie 10

11 fioletowej. azwa reakcji pochodzi od biuretu, który powstaje przy ogrzewaniu mocznika i jest najprostszym związkiem dającym pozytywny wynik w tej próbie. Próba biuretowa jest reakcją grupową na białka, ujemny wynik tej próby eliminuje obecność białka, chociaż pozytywny nie w pełni ją potwierdza. prócz biuretu, podobny wynik reakcji dają związki nie posiadające wiązań peptydowych, a zawierające ugrupowania CS oraz =C. mocznik T Cu, Cu 3 biuret STEIDY Ekstrakty lipidowe z roślin i tkanek zwierzęcych, oprócz tłuszczów, fosfolipidów oraz terpenów, zawierają także steroidy cząsteczki, których cechą charakterystyczną jest węglowy szkielet gonanu, czyli układ czteropierścieniowy wywodzący się od 1, cyklopentanoperhydrofenantrenu. Poszczególne grupy steroidów odróżnia wzajemny układ skondensowanych pierścieni, stopień nienasycenia tych pierścieni oraz rodzaj i długość łańcuchów bocznych ( 1,, 3 ). Wszystkie steroidy przy C 10 i C 13 ( 1 i ) posiadają grupę metylową, natomiast podstawniki przy C 17 ( 3 ) są bardzo zróżnicowane. Wyjątek stanowią estrogeny, u których pierścień A jest aromatyczny, a zatem przy C 10 nie posiada grupy C 3. Ze względu na budowę steroidów można więc wyróżnić pochodne: a. estranu; żeńskie hormony płciowe, np. estradiol, b. androstanu; męskie hormony płciowe, np. testosteron, androsteron, c. pregnanu; progesteron oraz hormony kory nadnerczy np. kortykosteron, aldosteron, d. cholanu; składniki żółci, np. kwas cholowy, e. cholestanu; cholesterol, ergosterol. W zależności od rodzaju grupy funkcyjnej steroidy dzielimy na: alkohole (sterole), kwasy i hydroksykwasy (kwasy żółciowe), fenole i ketony (hormony sterydowe). ajważniejszym i najpopularniejszym przedstawicielem steroli pochodzenia zwierzęcego jest cholesterol. Występuje we wszystkich komórkach ssaków, jest istotnym składnikiem błon komórkowych, służy jako substrat kwasów żółciowych oraz hormonów płciowych, w tkankach nerwowych wchodzi w skład otoczki mielinowej. Podobnie jak lipidy, cholesterol nie rozpuszcza się w wodzie, lecz rozpuszcza się w eterze, benzenie i innych rozpuszczalnikach organicznych. Cholesterol ulega takim reakcjom chemicznym, jakie grupy funkcyjne posiada. Ze względu na grupę hydroksylową przy trzecim atomie węgla będzie reagował jak alkohole, ulegając reakcjom estryfikacji oraz utlenienia (do ketonów). Estry cholesterolu z alifatycznymi i aromatycznymi kwasami znalazły zastosowanie jako ciekłe kryształy. becność wiązania podwójnego pomiędzy piątym a szóstym atomem węgla (pierścień B) sprawia, że cholesterol zachowuje się jak alken i ulega reakcjom addycji (uwodornienie, addycja bromu). Sterole, takie jak cholesterol, zawierające podwójne wiązanie w bezwodnym środowisku w reakcji z mocnymi kwasami dają barwne produkty. Pod wpływem stężonych kwasów (np. S 4) dochodzi do odłączenia dwóch cząsteczek wody z dwóch cząsteczek sterolu i powstania bisterolu, którego pochodne sulfonowe są barwne: zielone w reakcji LiebermanaBurcharda i czerwone w reakcji Salkowskiego fioletowy kompleks biuretu 19 C z jonami miedzi(ii) C 1 A 4 18 C B C D C C