cuprins - alexandru ioan cuza universityteclu.chem.uaic.ro/moldoveanu/files/2018/03/chhet01.pdf ·...

Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi

1

CuprinsI. Aminoacizi naturali ( aminoacizi) ........................................................................................ 2

I.1. Metode de preparare a -aminoacizilor .......................................................................... 3

I.1.1. Aminarea acizilor -halogenați ................................................................................ 3

I.1.2. Metoda Sorensen ...................................................................................................... 4

I.1.3. Metoda Strecker ........................................................................................................ 4

I.1.4. Metode bazate pe condensări Perkin ........................................................................ 5

I.1.5. Metode speciale ........................................................................................................ 5

I.2. Proprietăți fizice ale -aminoacizilor .............................................................................. 6

I.2.1. Structura aminoacizilor ............................................................................................. 6

I.2.2. Ionizarea aminoacizilor ............................................................................................ 7

I.3. Proprietăți chimice ale -aminoacizilor .......................................................................... 8

I.3.1. Formarea sărurilor .................................................................................................... 8

I.3.2. Derivați funcționali ai grupării carboxilice .............................................................. 9

I.3.3. Reacții la gruparea amino ......................................................................................... 9

I.3.4. Acilarea aminoacizilor – Betaine ........................................................................... 10

I.3.5. Desaminare cu acid azotos ..................................................................................... 10

I.3.6. Desaminarea oxidativă ........................................................................................... 11

I.3.7. Descompunerea termică ......................................................................................... 11

I.3.8. Degradări oxidative ................................................................................................ 11

I.3.9. Transaminarea aminoacizilor ................................................................................. 12


2

I.Aminoacizinaturali(aminoacizi)

-Aminoacizii au următoarea formulă generală:

După structura lor se disting 6 grupe de aminoacizi după cum urmează:

1. Grupa aminoacizilor monocarboxilici:

2. Grupa aminoacizilor dicarboxilici:

3. Grupa hidroxi-aminoacizilor:

4. Grupa tio-aminoacizilor:

5. Grupa diaminoacizilor:


3

6. Grupa aminoacizilor heterociclici:

I.1.Metodedeprepararea‐aminoacizilor

I.1.1.Aminareaacizilor‐halogenați

a) Din acizi -halogenați și NH3: Reprezintă o metodă generală pentru obținerea

aminoacizilor alifatici:

Se folosește un exces de NH3 pentru a preveni formarea aminelor secundare sau terțiare.

b) Metoda Gabriel: Folosește ca reactivi inițiali ftalimida potasică și esteri ai acizilor -

halogenați:

ftalimidapotasica

CH2 COORCl+ - KClN

O

O

K N

O

O

CH2 COOR - ROH3 H2O

COOH

COOHCH2 COOHNH2

+

ester al acidului-halogenat ftalilaminoacid

acidftalic

glicina

c) Metoda Fischer: Folosește ca produși inițiali ftalimida potasică și derivați

dihalogenați. Spre exemplificare se scrie sinteza ornitinei:


4

Dacă se folosește în reacție 1,4-dibromobutanul se obține în final lisina.

d) Serina se obține din esterul acidului acrilic astfel:

I.1.2.MetodaSorensen

Folosește două etape distincte:

a) Obținerea esterului acidului N-acetilaminomalonic sodat:

b) Prin tratarea esterului acidului N-acetilaminomalonic sodat cu derivați halogenați și

hidroliză ulterioară s-au obținut: alanina, valina, leucina, fenilalanina.

- NaX+R' X

3 H2O

- CH3COOHNa

CROOC

ROOC NH COCH3C

ROOC

ROOC NH COCH3

R' - 2 ROH- CO2

HOOC CH R'NH2

R'= -CH3, alanina;-CH(CH3)2, valina;-CH2-CH(CH3)2, leucina;-CH2-C6H5, fenilalanina;

I.1.3.MetodaStrecker

Se realizează prin tratarea unei aldehide cu cianură de sodiu sau potasiu în prezență de

NH4Cl.


5

aldimina

NH3- H2O

R CH O R CH NH HCN R CH NH2CN

-aminonitril- NH32 H2O R CH

NH2COOH

I.1.4.MetodebazatepecondensăriPerkin

Prin această metodă se obțin aminoacizi prin intermediul oxazolonelor.

- C6H5COOH

H CHCO

ON C

C6H5

CH2C6H5

H

H2O- H

CH COH

ON C

C6H5

CH2C6H5O

H CH COOH

ONHCC6H5

CH2C6H5

H2O

N-benzoil-fenilalanina

I.1.5.Metodespeciale

a) Prin tratarea acidului fumaric cu amoniac sub presiune se formează acid asparagic:

b) Alanina se obține din acid acetamidoacrilic astfel:


6

c) Din ftalimidă prin degradare Hofmann se obține industrial sau în laborator acid

antranilic:

I.2.Proprietăți fizice ale -aminoacizilor

-Aminoacizii sunt substanțe solide cu puncte de topire ridicate (peste 250°C) și cu

descompunere, nu pot fi distilați nici chiar sub vid înaintat. Sunt solubili în apă și insolubili în

solvenți nepolari.

I.2.1.Structuraaminoacizilor

Aminoacizii sunt substanțe dipolare sau amfionice (au caracter amfoter) datorită

prezenței în moleculă a ambelor grupări NH2 și COOH.

Dovezi experimentale care vin să confirme o asemenea structură sunt:

- Aminoacizii au puncte de topire ridicate (datorită atracției electrostatice între

sarcini ionice de semn contrar);

- Prin dizolvarea în apă se realizează o contracție mare de volum (datorită forțelor

ioni-dipoli dintre moleculele de apă și de aminoacid);

- Aminoacizii au momente electrice mari și ca urmare ei măresc constanta

dielectrică a apei în care sunt dizolvați;


7

- Spectrele RAMAN sunt caracteristice grupelor carboxilat (-COO-) și nu

grupărilor carboxil (-COOH);

- Aminoacizii în soluție sunt componente tampon (dacă în soluția unui aminoacid

se adaugă un acid sau o bază, pH-ul inițial nu se modifică).

I.2.2.Ionizareaaminoacizilor

În soluție apoasă, conform teoriei acido-bazice a lui Bronsted, aminoacizii pot exista

în următoarele forme:

Cationul este un acid dibazic și ca urmare poate prezenta două trepte de disociere:

+R

CHH3N COOH3OR

CHH3N COOH1) +H2O

Cele două constante de aciditate corespunzătoare celor două ionizări se pot scrie

conform legii maselor prin următoarele ecuații (în care variația imperceptibilă a concentrației

apei se neglijează):

31

3

H N R COO HK

H N R COOH

; 223

H N R COO HK

H N R COO

Prin logaritmare vom avea:

31

3

log log logH N R COO

K HH N R COOH

; 22

3

log log logH N R COO

K HH N R COO

Dacă în mod uzual se notează –log[H+] prin pH și de asemenea –logK1 prin pK1

(exponent de aciditate) se obține:

31

3

logH N R COO

pK pHH N R COOH

; 223

logH N R COO

pK pHH N R COO


8

Atunci când raportul concentrațiilor 3

3

H N R COO

H N R COOH

este egal cu unitatea pK1 devine

egal cu pH (la fel când 2

3

H N R COO

H N R COO

este egal cu unitatea pK2=pH).

Pentru determinarea valorii pK1 se titrează electrometric aminoacidul cu acid

clorhidric concentrat și se notează într-o diagramă pH-ul în funcție de cantitatea de acid

consumată. Se constată că pK1 devine egal cu pH-ul atunci când jumătate din cantitatea de

aminoacid a fost neutralizată. La fel pK2 se determină prin titrarea aminoacizilor cu soluții de

NaOH până la neutralizare măsurând pH-ul.

Dacă în soluția unui aminoacid se introduc doi electrozi, se constată că ionii

migrează către aceștia. Există un anumit pH la care migrarea ionilor încetează, denumit punct

izoelectric (pHi), în acest moment concentrația anionilor și cationilor devine egală

(solubilitatea aminoacidului este minimă).

Se poate scrie: 3 2H N R COOH H N R COO

Se scot aceste concentrații din valorile K1 și K2 și vom avea:

33

1

H N R COO HH N R COOH

K

;

2 32

K H N R COOH N R COO

H

Egalând cele două relații se obține condiția pentru punct izoelectric:

3 2 3

1

H N R COO H K H N R COOK H

2

1 2 1 2;H K K H K K

rezultă 1 2

12i

pH pK pK

I.3.Proprietăți chimice ale -aminoacizilor

I.3.1.Formareasărurilor

Sărurile aminoacizilor se obțin atât prin reacția acestora cu bazele cât și cu acizii.

a) Cu bazele formează săruri la gruparea carboxil:


9

b) Cu acizii formează săruri la gruparea amino. Se lucrează cu HCl gazos și se obțin

clorhidrați:

I.3.2.Derivați funcționali ai grupării carboxilice

a) Prin tratarea aminoacizilor cu PCl5 se formează cloruri acide sub formă de clorhidrați

întrucât acidul clorhidric care rezultă din reacție se fixează la atomul de azot al

grupării aminice:

b) Prin tratarea N-acilaminoacizilor cu PCl5 se obține inițial clorura acidă care prin

eliminare de HCl trece în oxazolonă:

c) Esterii aminoacizilor se obțin prin tratarea aminoacizilor cu alcool saturat în prealabil

cu HCl. În final se deblochează gruparea aminică prin tratare cu trimetil sau trietil

amina.

I.3.3.Reacții la gruparea amino

a) Acilarea se realizează prin tratarea cu cloruci acide în soluții concentrate de hidroxid

alcalin (reacția Schotten-Baumann):

Dacă acilarea se face cu cloroformiat de etil rezultă o anhidridă a aminoacidului:


10

b) Prin tratarea aminoacizilor cu acid cianic rezultă inițial acid hidantoinic care prin

deshidratare se ciclizează la hidantoină:

I.3.4.Acilareaaminoacizilor–Betaine

Betainele sunt derivați metilați cuaternari ai aminoacizilor. Cea mai simplă betaină (a

glicinei) se obține prin tratarea acidului cloracetic cu trimetilamina:

Betainele sunt substanțe solide, neutre, solubile în apă. La încălzire dau reacții caracteristice:

- Betaina glicinei la 300°C se transformă în esterul metilic al dimetilglicinei:

- Betainele -aminoacizilor prin încălzire elimină amina terțiară cu formare de acid

nesaturat:

- Betainele -aminoacizilor încălzite trec în lactone și amine terțiare:

I.3.5.Desaminarecuacidazotos

Conduce la hidroxiacizi cu degajare de N2:


11

Pe această reacție se bazează metoda Van Slyke pentru determinarea grupărilor NH2 din

aminoacizi și proteine, măsurându-se gazvolumetric cantitatea de N2 degajată.

I.3.6.Desaminareaoxidativă

Se realizează în două etape din care prima este o reacție enzimatică. Se formează inițial un

iminoacid care reacționează repede cu apa formând un cetoacid:

I.3.7.Descompunereatermică

Sub influența temperaturii aminoacizii dau reacții în funcție de poziția relativă a grupărilor

NH2 față de gruparea COOH.

a) -aminoacizii trec în derivați ai 2,5-dicetopiperazinei:

b) -aminoacizii trec în acizi nesaturați și amoniac:

c) și -aminoacizii elimină apă intramolecular cu formare de lactame (amide ciclice):

I.3.8.Degradărioxidative

a) Cu agenți oxidanți obișnuiți aminoacizii se degradează la aldehidele imediat

inferioare sau la nitrili:


12

b) Cu ninhidrina aminoacizii dau un complex colorat în albastru intens (reacție de

recunoaștere a aminoacizilor). Reacția decurge în două etape:

- inițial aminoacidul este degradat la aldehidă:

- amoniacul și hidridantina formată reacționează cu o nouă moleculă de ninhidrină

dând produsul albastru-violet:

I.3.9.Transaminareaaminoacizilor

Este o metodă importantă de obținere a aminoacizilor din acizi -cetonici sub influența unor

enzime numite transaminaze.

Din categoria transaminazelor face parte și sistemul piridoxal-piridoxamină sub formă de

fosfați (cotransaminaze), iar reacțiile care se produc sunt următoarele:


13

Fosfatul piridoxaminei reacționează cu un nou cetoacid transformându-l într-un alt aminoacid

regenerându-se fosfatul piridoxalului.

cuprins - alexandru ioan cuza universityteclu.chem.uaic.ro/moldoveanu/files/2018/03/chhet01.pdf ·...

Documents