Własności chemiczne. 1. Kwasowość. Wartości pk a. (aminokwasy zamiast grupy NH 2 muszą mieć grupę NH 3 + ) 2. Zasadowość.

Transkrypt

1 B I T E N L EMI G GNIZN I Własności chemiczne 1. wasowość. Wartości p a wasowość aminokwasów jest znacznie MNIEJSZ od kwasowości zwykłych WSÓW BSYLWY p a większości aminokwasów mieszczą się w zakresie Glicyna (Gly) lanina (la) Walina (Val) Fenyloalanina (Fen) p a 9,78 p a 9,87 p a 9,8 p a 9,13 WTŚI SPZĘŻNE: : p b 4, p b 4,13 p b 4,18 p b 4,87 są to wartości p b odpowiadające typowym MINM LIFTYZNYM WNISE Wartości p a aminokwasów odpowiadają grupom N 3 + (a nie grupom -) (aminokwasy zamiast grupy muszą mieć grupę N 3 + ). Zasadowość. Wartości p b Zasadowość aminokwasów jest znacznie MNIEJSZ od zasadowości typowych MIN LIFTYZNY p b większości aminokwasów mieszczą się w zakresie Glicyna (Gly) lanina (la) Walina (Val) Fenyloalanina (Fen) p b 11,65 p b 11,66 p b 11,68 p b 1,17 WTŚI SPZĘŻNE: : p a,35 p a,34 p a,3 p a 1,83 są to wartości p a, które mogą odpowiadać WSM BSYLWYM z podstawnikiem elektronoakceptorowym w sąsiedztwie grupy karboksylowej (np. podstawnikiem N + 3 ) WNISE Wartości p b aminokwasów odpowiadają grupom - (a nie grupom ) (aminokwasy zamiast grupy muszą mieć grupę - )

2 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - ząsteczki MINWSÓW mają więc charakter JNÓW BJNZY (zwitterjonów) łańcuch boczny aminokwasu N 3 Zgodnie z przyjętą UMWĄ podaje się nie wartość p b aminokwasu, lecz wartość p a sprzężonego kwasu. Zatem każdemu aminokwasowi odpowiadają DWIE wartości p a. FMLNIE odpowiadają one dwóm stałym dysocjacji dikwasu zawierającego: jedną grupę kwasową jedną grupę kwasową N 3 + MINWSY zawierające (w formie niejonowej): JEDNĄ grupę i JEDNĄ grupę nazywamy aminokwasami BJĘTNYMI 3 3 N 3 lanina (la) JEDNĄ grupę i DWIE grupy nazywamy aminokwasami WSWYMI MNIEJ kwasowa grupa WIĘSZ wartość pa BDZIEJ kwasowa grupa MNIEJSZ wartość pa Forma najbardziej kwasowa N 3 was sparaginowy (sp) 3,87 p a N 3 9,8 p a3 p a1,35 DWIE grupy i JEDNĄ grupę nazywamy aminokwasami ZSDWYMI BDZIEJ zasadowa grupa N MNIEJSZ wartość pb WIĘSZ wartość pa sprzężonego kwasu N MNIEJ zasadowa grupa WIĘSZ wartość pb MNIEJSZ wartość pa sprzężonego kwasu Forma najbardziej kwasowa 3 N Lizyna (Lys) p a3 10,5 3 N N 3 9,85 p a p a1,18

3 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 3 ównowagi w wodnych roztworach aminkowasów: Uwaga! Dla kwasu nie ma znaczenia, czy wychodzi się z równania kwas zasada sprzężona prowadzącego do stałej a : a 3 czy też z równania: + + zasada kwas sprzężona prowadzącego do równania: b ponieważ po wstawieniu zamiast b wyrażenia w / a oraz w [ 3 + ][ - ] wyrażenie na b przekształca się w wyrażenie na a TBELYZUJE SIĘ NJZĘŚIEJ WTŚI a! MINWSY BJĘTNE minokwasy z jedną grupą zasadową (aminową) i jedną grupą kwasową (Gly, la, Phe, Val, Leu, Ile, sn, Gln, Ser, Thr, Met, Pro, yp) W roztworze ustalają się dwa stany równowagi (wygodnie jest zapisać je wychodząc od formy NJBDZIEJ WSWEJ i zapisywać etapy dysocjacji kolejno w porządku malejącej kwasowości poszczególnych grup) Forma NJBDZIEJ kwasowa a1 a Forma NJBDZIEJ zasadowa N 3 ation 3 N 3 JN BJNZY 3 nion ównowaga 1 dysocjacja grupy (mocniejszy kwas) a1 3 ównowaga dysocjacja grupy N 3 (słabszy kwas) 3 a

4 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 4 Uproszczony schemat równowag wygląda następująco: a1 a a1 a (Dla uproszczenia zapisu zrezygnowano z nawiasów kwadratowych czyli zamiast [] wprowadzono oznaczenie:, zaś stężenie jonów 3 + oznaczono przez ) Mnożąc stronami wzory na stałe a1 i a otrzymuje się zależność: a1 a. Z zależności tej wynika, że stosunek stężenia anionu do stężenia kationu zależy od stężenia jonów wodorowych, czyli od p roztworu. (p wodnego roztworu czystego aminokwasu jest ściśle określone - patrz wzór 10 w dalszej części tekstu - jednak możemy je dowolnie regulować dodając kwasu mineralnego lub zasady, co skutkuje ustaleniem się nowych stanów rónowagi, w których stężenia kationu i anionu są inne niż początkowo) MINWSY WSWE minokwasy z jedną grupą zasadową (aminową) i DWM GUPMI WSWYMI (sp. Glu, Tyr, ys) W roztworze ustalają się trzy stany równowagi (wygodnie jest zapisać je wychodząc od formy NJBDZIEJ WSWEJ i zapisywać etapy dysocjacji kolejno w porządku malejącej kwasowości poszczególnych grup) Forma NJBDZIEJ kwasowa N 3 a1 3 N 3 ation JN BJNZY a 3 N 3 nion a3 3 (1) Forma NJBDZIEJ zasadowa Dianion D ównowaga 1 dysocjacja pierwszej grupy a1 3 ównowaga dysocjacja drugiej grupy a 3 ównowaga 3 dysocjacja grupy N 3 a3 D 3 Uproszczony schemat równowag wygląda następująco: a1 a a3 D a1 a D a3 Mnożąc stronami wzory na stałe a1 i a otrzymuje się zależność stosunku / od stężenia jonów wodorowych [] taki sam, jak wzór (1): a1 a. ()

5 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 5 MINWSY ZSDWE minokwasy z DWM GUPMI ZSDWYMI (aminowymi) i jedną grupą kwasową (Lys, rg, yl, Tyr, is) W roztworze ustalają się trzy stany równowagi (wygodnie jest zapisać je wychodząc od formy NJBDZIEJ WSWEJ i zapisywać etapy dysocjacji kolejno w porządku malejącej kwasowości poszczególnych grup) Forma NJBDZIEJ kwasowa Forma NJBDZIEJ zasadowa N 3 ( ) 4 N 3 Dikation D a1 3 N 3 ( ) 4 ation a JN BJNZY a3 ( ) 4 ( ) N 3 N 3 nion ównowaga 1 ównowaga ównowaga 3 dysocjacja grupy dysocjacja pierwsziej grupy N 3 dysocjacja drugiej grupy N 3 a1 D 3 a 3 a3 3 Uproszczony schemat równowag wygląda następująco: D a1 a a3 a1 D a a3 Mnożąc stronami wzory na stałe a i a3 otrzymuje się zależność stosunku / od stężenia jonów wodorowych [] wzór analogiczny do wzorów: (1) i (). a a3 (3) 3. Punkt IZELETYZNY. Wartości pi Definicja: Punktem izoelektrycznym (pi) aminokwasu nazywamy takie p wodnego roztworu aminokwasu, dla którego: stężenie formy kationowej () jest równe stężeniu formy anionowej ()

6 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 6 MINWSY BJĘTNE Gdy wówczas ze wzoru (1) otrzymujemy: a stąd (po obustronnym zlogarytmowaniu): a1 a + log a1 log log pi a 1 + a p p a p (punkt IZELETYZNY to p oznaczamy pi ) p a1 + p Dla MINWSÓW BJĘTNY a MINWSY WSWE punkt izoelektryczny jest średnią arytmetyczną obu wartości p a Gdy wówczas ze wzoru () otrzymujemy wzór taki sam, jak wyżej: a stąd (po analogicznych przekształceniach): pi p a1 + p a a1 a Dla MINWSÓW WSWY punkt izoelektryczny jest średnią arytmetyczną dwu MNIEJSZY wartości pa MINWSY ZSDWE Gdy wówczas ze wzoru (3) otrzymujemy analogiczny wzór: a a stąd (po analogicznych przekształceniach): pi a3 p a + p Dla MINWSÓW ZSDWY a3 punkt izoelektryczny jest średnią arytmetyczną dwu WIĘSZY wartości pa Znaczenie pojęcia PUNTU IZELETYZNEG: 1. W punkcie izoelektrycznym nie przebiega elektroliza Z faktu jednakowego stężenia formy kwasowej i anionowej wynika, że formy te dla konkretnej cząsteczki, istnieją (w rozpatrywanym przedziale czasu) jednakowo długo. Tym samym, po przyłożeniu różnicy potencjałów, przemieszczenie się formy kationowej w kierunku katody jest kompensowane przez przemieszczenie się formy anionowej (powstałej z tej samej cząsteczki) w kierunku przeciwnym (tzn. - do anody). Sumarycznym efektem jest brak przemieszczenia, co powoduje, że elektroliza praktycznie nie przebiega (w niewielkiej objętościowo przestrzeni przyelektrodowej następuje wprawdzie rozładowanie części jonów, ale jest to znikomy, całkowicie zaniedbywalny ułamek w porównaniu z liczbą wszystkich jonów obecnych w roztworze).

7 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 7. W punkcie izoelektrycznym stężenie jonu obojnaczego jest największe Z układu równań (dla aminokwasów obojętnych): c + + am 1 gdzie: c am stężenie aminokwasu (stałe) otrzymamy zależność () daną w postaci uwikłanej: F(,) 1 ze wzoru na pierwszą pochodną funkcji uwikłanej: F' '() 0 stąd wynika że: czyli: F' c am 0 F' (zerowanie pierwszej pochodnej wynika z faktu, że ma być maksymalne) 1 1 F' 0 1 skąd otrzymujemy: 1 co odpowiada punktowi izoelektrycznemu [ łatwo zauważyć, że F > 0 oraz F, > 0 zatem druga pochodna: F'' ''() < 0 F' (przy założeniu () 0) co kończy dowód] 3. W punkcie izoelektrycznym aminokwasy mają: - najmniejszą rozpuszczalność - najmniejszą lepkość - najmniejsze ciśnienie osmotyczne 1. Wykorzystanie w zjawisku ELETFEZY można tą metodą rozdzielać na przykład mieszaniny aminokwasów, które przy określonym p (na ogół z góry dobranym poprzez dodanie odpowiedniego buforu) wędrują do elektrod z różną prędkością (np. jeżeli p będzie punktem izoelektrycznym jednego ze składników mieszaniny, to aminokwas ten w ogóle nie będzie przemieszczał się w roztworze) i po pewnym czasie ulegają rozdzieleniu, co można wykorzystać np. w technikach analitycznych (elektroforeza bibułowa, żelowa itp.) lub preparatywnych. 4. Estryfikacja minokwasy w wyniku działania alkoholu nasyconego bezwodnym chlorowodorem tworzą chlorowodorki estrów, które po zalkalizowaniu przechodzą w estry (na ogół ciecze, które dają się destylować) aminokwas 1 l suchy 1 N 3 l Na 3 1 ESTE aminokwasu

8 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 8 becnie znacznie częściej stosuje się metodę z użyciem chlorku tionylu i alkoholu. eakcję prowadzi się w niskiej temperaturze. 1 1 Na 3 1 aminokwas Sl -10 o N 3 l ESTE aminokwasu 5. cylowanie minokwasy pod wpływem chlorków kwasowych lub bezwodników tworzą N-acylopochodne. bezw. octowy ( 3 ) aminokwas N 3 6. grzewanie aminokwasów minokwasy w wyniku ogrzewania tworzą produkty, których budowa zależy od położenia grupy aminowej w łańcuchu: α-aminokwasy - tworzą się pochodne diketopiperazyny N N N PIZYN α-aminokwas N pochodna diketopiperazyny (dioksopiperazyny) N N PIPEZYN β-aminokwasy - tworzą się kwasy α,β α,β-nienasycone + N 3 β-aminokwas kwas α,β-nienasycony γ- i δ-aminokwasy - tworzą się laktamy γ-aminokwas N γ-ltm

9 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 9 δ-aminokwas N δ-ltm UWG! nalogicznym reakcjom ulegają YDSY WSY: α-hydroksykwasy - tworzą się LTYDY α-hydroksykwas LTYD β-kydroksykwasy - tworzą się kwasy α,β α,β-nienasycone + β-hydroksykwas kwas α,β-nienasycony γ- i δ-hydrokskwasy - tworzą się LTNY γ-hydroksykwas γ-ltn δ-hydroksykwas δ-ltn 7. Tworzenie PEPTYDÓW Dwie cząsteczki (takich samych lub różnych) aminokwasów mogą reagować ze sobą w taki sposób, że grupa kwasowa jednej cząsteczki reaguje z grupą aminową drugiej z nich. W wyniku tej reakcji tworzy się ugrupowanie MIDWE, które nazywa się WIĄZNIEM PEPTYDWYM. Produkt reakcji dwóch cząsteczek aminokwasów nazywa się DIPEPTYDEM. Dipeptyd jest także aminokwasem i może reagować z kolejną cząsteczką aminokwasu tworząc kolejne wiązanie peptydowe. Produkt tej reakcji (składający się z trzech fragmentów aminokwasów) nazywa się TIPEPTYDEM... itd

10 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 10 wiązanie PEPTYDWE N + N N N 1 1 DIPEPTYD Przeprowadzenie takiej reakcji wymaga specjalnej procedury (powyższe aminokwasy mogłyby też reagować w odwrotnym porządku a także mogą tu reagować dwie cząsteczki tego samego aminokwasu) polegającej na wymuszeniu reakcji wybranych grup (karboksylowej i aminowej) poprzez zabezpieczenie pozostałych grup funkcyjnych (także: aminowej i karboksylowej), które w zaplanowanej reakcji nie mogą brać udziału. Po utworzeniu wiązania peptydowego (między aminokwasem I zawierającym zabezpieczoną grupę aminową i aminokwasem II zawierającym zabezpieczoną grupę karboksylową) usuwa się następnie grupy zabezpieczające (w taki sposób, aby nie naruszyć wiązania peptydowego), w wyniku czego otrzymuje się podany wyżej DIPEPTYD.

11 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE - 11

12 minokwasy WŁSNŚI EMIZNE ,75

13 B I T S y n t e z a E N L EMI G GNIZN I 1. minowanie α-halogenokwasów 1a. eakcja z MNIIEM. Niektóre aminokwasy można otrzymywać przez bezpośrednie aminowanie α- fluorowcokwasów za pomocą amoniaku. Br N 3 nadmiar 1b. eakcja Gabriela. Substratem jest tu ester halogenokwasu. eakcja ta daje dobre wyniki w przypadku syntezy glicyny (dla innych a-aminokwasów wydajności są mniejsze z uwagi na przebieg konkurencyjnej reakcji eliminacji). N + Ftalimidek potasu Br 3 N 3 N N 1c. minowanie z zastosowaniem bromomalonianu dietylu. eakcja bromomalonianu dietylu z ftalimidkiem potasu przebiega z dobrą wydajnością z uwagi na brak możliwości przebiegu konkurencyjnej reakcji eliminacji. trzymany ftalimido malonian dietylu poddaje się alkilowaniu a następnie kwasowej hydrolizie, w trakcie której przebiega dekarboksylacja jednej z grup karboksylowych. N Ftalimidek potasu + Br Et Et N Et Et Et Et X Et N N N Et Et. Synteza Streckera Jest to reakcja analogiczna do reakcji otrzymywania cyjanohydryn. Substratami są tu aldehydy. N N 3 N N