Trường đại học Dược Hà Nội

Bộ môn Hóa hữu cơ

CHƯƠNG 22:

AMINOACID - PEPTID - PROTEIN

Đối tượng dạy học: CQK61

Ngày giảng:

AMINO ACID

+Amin Acid carboxylic

Thế nào là amino acid?

*) Định nghĩa

- Chứa nhóm chức amino (NH2)

- Chứa nhóm chức carboxyl (COOH)

AMINO ACID

Nhóm carboxylNhóm amino

Mạch hydrocarbon

Phân loại amino acid

O-

O

H3N-CH2-CO2

H3N-CH2-CH2-CO2

1. Theo vị trí nhóm amino so với nhóm carboxyl

- α-amino acid

- β-amino acid

H3N-CH2-CH2-CH2-CO2- γ-amino acid

2. Theo mạch hydrocacbon

• Không phân cực • Phân cực• Mang điện tích

– Mang điện tích dương

– Mang điện tích âm

I. Amino acid trung tính 1. Mạch thẳng không phân cực (Gly, Ala, Val, Leu, Ile)

2. Mạch thẳng phân cực (Ser, Thr, Asn, Gln)

3. Chứa nhân thơm (Phe, Tyr, Trp)

4. Chứa lưu huỳnh (Cys, Met)

5. Chứa nhóm amin bậc 2 (pro)

II. Amino acid có tính acid (Asp, Glu)

III. Amino acid có tính base (Lys, Arg, His)

Amino acid trung tính

Acid amin không phân cực

Amino acid phân cực

Amino acid trung tính

Amino acid mang điện tích dương

Amino acid có tính base

Amino acid mang điện tích âm

Amino acid có tính acid

Danh Pháp1. Danh pháp thông thường:

- Xuất phát từ nguồn gốc của hợp chất.

- 20 a.a được tìm thấy khi thủy phân protein thiên nhiên.

+) là các a.a bậc một

+) nhóm amino ở vị trí α

Cấu trúc chung: Trường hợp đặc biệt

R CH CO2-

NH3+

Alanin A, Ala

Arginin R, Arg

Asparagin N, Asn

Acid Aspartic D, Asp

Cystein C, Cys

Glutamin Q, Gln

Acid glutamic E, Glu

Glycin G, Gly

Histidin H, His

Isoleucin I, Ile

Leucin L, Leu

Lysin K, Lys

Methionin M, Met

Phenylalanin F, Phe

Prolin P, Pro

Serin S, Ser

Threonin T, Thr

Tryptophan W, Trp

Tyrosin Y, Tyr

Valin V, Val

- Tên thông dụng và kí hiệu của 20 a.a có trong protein

thiên nhiên.

2. Danh pháp IUPAC:

Acid + vị trí “-NH2” + amino + tên HC + oic

VD:

H3C COOH

CH3

NH2

Acid 3-aminobutanoicH3CCOOH

NH2

Acid 2-amino-3-methylpentanoic

Acid β-aminobutanoic

Đồng Phân

CH3-CH2-CH-COOH

NH2

CH3-C-COOH

NH2

CH3

1. Đồng phân cấu tạo:

+) Đồng phân về cấu tạo mạch carbon

+) Đồng phân về vị trí nhóm amino

VD: Amino acid C4H9NO2 có:

+) Hai đồng phân do cấu tạo mạch carbon:

+) Ba đồng phân về vị trí nhóm amino

CH3-CH-CH2-COOH

NH2

H2N-CH2-CH-COOH

CH3

CH2-CH2-CH2-COOH

NH2

2. Đồng phân quang học+) Tất cả các a.a trong tự nhiên (trừ glyxin) đều có C bất

đối xứng.+) Dựa vào cấu hình Fisher của glyceraldehyd xác định

cấu trúc lập thể của các aminoacid.

HO OH

H3N+ +NH3

+) Tất cả các aminoacid trong tự nhiên đều có cấu hình L-

VD:

Có trong tự nhiên Không có trong tự nhiên

+) Cấu hình tương đối của các a.a được xác định theo vị

trí nhóm amino.

COOH

H2N H

C2H5

H CH3

COOH

H NH2

C2H5

H CH3

DL COOH

HO H

CH3

H NH2

D

VD:

..\Bai Tap\BTdai cuongaa.ppt

Phương pháp điều chế

I. Thủy phân protein

Protein Hỗn hợp α-aminoacidacid hoặc

base1. Phương pháp Fischer

R-CH-COOH

NH2

+ C2H5OHHCl khí

R-CH-COOC2H5

+ NH3

OH -

R-CH-COOC2H5

NH2

H2O

OH - (Ag2O)R-CH-COOH

NH2α-aminoacid

2. Phương pháp Darkin

Hỗn hợp Aminoacid Alcol benzylic Amino acid 1 nhóm amin, 1 nhóm carboxyl

Hỗn hợp α-Aminoacid

Các phương tách pháp thích hợp

+) Một số các phương pháp tách α-Aminoacid

- Dùng nước để kết tinh α-Aminoacid ít hoặc không tan trong nước

- Dùng thuốc thử đặc biệt để phát hiện và tách riêng.

- Dùng phương pháp trao đổi ion.

- Dùng phương pháp sắc ký.

II. Phương pháp tổng hợp

1. Tổng hợp các α-Aminoacid

1.1. Đi từ α-halogeno acid(SN)

VD:

H = 65 ÷ 70%

RCHCOOH

X

RCHCOONH4

NH2

RCHCOO-

NH3+

NH3, dư H2O/H+

H2O

NH3+

NH4Br2NH3+

1.2. Đi từ α-ceto acid

R C COOHO

R CH COOHNH2

R C COOHN NH R'

R CH COOHNH2

R C COOHN OH

R CH COOHNH2

-cetoacid

NH3

NaBH4

R'NHNH2

H2NOHhydrazon

[H]

oxim -aminoacid

[H]

VD:

H ,

OCH3CHCO2H

NH2

CH3CCO2NH3, H2 Pd

1.3.Tổng hợp Strecker (1850)

RCH

O1) NH3

2) HCN

3) H+, H2O

RCHCO2H

NH2

+) Bước 1:

+) Bước 2:

VD:

NH4Cl

NH2

NH2

1. H2O, HCl, to

2. OH-

NH3+

1.4.Tổng hợp từ ester có chứa nguyên tử hydro linh động

CH3CONHCH(CO2C2H5)2 CH3CONHC-(CO2C2H5)2

Na+

CH3CONHC-(CO2C2H5)2

Na+

C2H5OH

C2H5ONa

R-CH2-X CH3CONHC(CO2C2H5)2

CH2-R

RCH2CHCOO-

NH3+

CH3CONHC(CO2C2H5)2

CH2-R

+) Bước 1:

+) Bước 2:

+) Bước 3:

1. HBr/H2O, to

2. to ,-CO2

VD: Tổng hợp phenylalanin

NH NHCH3ONa

CH3OH

NHHBr

H2O, toH3N

+

NH3+

- CO2, to

H = 65%

XCH(CO2C2H5)21)N- K+

O

O

2) NaOC2H5

3) RX

4) H+, H2O, heat

RCHCO2H

NH2

1.5.Tổng hợp từ Kali Phthalimid (phương pháp Gabriel)

- Hiệu suất phản ứng cao, sản phẩm dễ tinh chế

- Có thể thay thế XCH(CO2C2H5)2 bằng X-R-CO2R’

VD: Tổng hợp D,L-Phenylalanin

NH

O

O

1) KOH

2) BrCH(CO2C2H5)2

3) -OC2H5NC(CO2C2H5)2

O

O

-

C6H5CH2Cl

NC(CO2C2H5)2

O

OCH2C6H5

1) H+, H2O

2) OH-C6H5CH2CHCO2H

NH2

H = 84 ÷ 85%

VD: Tổng hợp Glycin

2. Tổng hợp các β-Aminoacid

2.1. Đi từ acid α-ethylenic

R CH CH COOH

acid -ethylenic

R CH CH2 COOH

NH2

-aminoacid

NH3

to, p

2.2. Đi từ aldehyd

R CO

HR CH CH2 COOH

NH 2

COOH

CH2

COOH

+NH

3 /ROH

+ H2O + CO2

..\Bai Tap\BTĐC-CHH.ppt

Tính chất hóa học

R CH CO2-

NH3+

R CH CO2H

NH2

I. Tính acid - base

Phản ứng acid-base nội phân tử tạo thành ion lưỡng cực

zwitterion (muối nội).

- Chất kết tinh có nhiệt độ nóng chảy cao.

- Không tan trong dung môi phân cực, tan trong nước.

- Dung dịch aminoacid trong nước có momen lưỡng cực cao.

- Tại pH<pKa1, aminoacid bị proton hoá tạo cation.

- Tại pH>pKa2, aminoacid cho proton tạo anion.

Trong dung dịch acid

pK1

pK2

Trong dung dịch base

pH thấpProton

pH caoanion

Điểm đẳng điện

- Môi trường acid: anion COO- (không phải NH2) đóng vai trò

base nhận proton H+ .

- Môi trường base: cation amonium NH3+ (không phải -COOH)

đóng vai trò acid cho proton H+ .- Điểm đẳng điện (pHi): là giá trị pH mà tại đó nồng độ iôn

lưỡng cực là lớn nhất. pI.ppt

- Aa có mạch HC (mạch bên) là không ion hoá, có pI nằm

trong khoảng 5-6

- Aa có mạch HC (mạch bên) là ion hoá, có tính acid, có pHi

nằm trong khoảng 3,2-3,5.

- Aa có mạch HC (mạch bên) là ion hoá, có tính base, có pHi

nằm trong khoảng 7,6-10,8

Ứng dụng: Sử dụng pHI để tách các aa (phương pháp điện di).

..\Bai Tap\BT pI.ppt

II. Tính chất của nhóm carboxyl

R-CH-COOH

NH2

NaOH R-CH-COONa

NH2

- H2O

- Tạo muối và nước

- Tạo muối phức nội với các cation kim loại nặng.

1.Phản ứng với base

CuSO4R CH COOHNH2

2 +H N

H

HC OO

CuOO C

H

HN CH R

R C

3. Phản ứng với PCl5

2. Phản ứng tạo ester, xúc tác acid vô cơ

R-CH-COOH

NH2

R'-OH R-CH-COOR'+NH3

- H2OHCl Cl-

VD:

H = 89 – 92%

3

RH3N CH COCl Cl -

R

+5H2N CH COOH + PCl + POCl

4. Phản ứng loại nhóm CO2:

II. Tính chất của nhóm amino

1.Phản ứng với acid vô cơ

- Tạo muối với acid vô cơ thông thường

R-CH-COOH

NH2

HCl R-CH-COOH+NH3 Cl-

- Tạo hydroxy acid với acid HNO2

R-CH-COOH

NH2

HNO2R-CH-COOH

OHN2

enzymH2N CH COOHR

H2N CH2

R+ CO2

decarboxydaza

2.Phản ứng alkyl hóa.

H2N CH COOHR

+ R'X H2N CH COOH X -

RR'

+

2N

H2 N CH COOHR

+

imin

R' C O CH COOHR

NCR'

3. Phản ứng tạo imin

4.Phản ứng acyl hóa.

VD:

NH3+CHCO2

-

CH2CH(CH3)2

CH3CCl

O

OR'CO Cl

N CHHH

COOHR

NH CH COOHR

R'C - HCl+ NaOH

+

NHCHCO2H

CH2CH(CH3)2

CH3C

O

(CH3CO)2O

5. Phản ứng với Ninhydrin

Xanh tímλ = 570 nm;co che pu Ninhidrin.ppt

- A.a phản ứng với ninhydrin tạo phức màu xanh tím, còn gọi là

màu tím Ruhemann, hấp thụ ánh sáng tại λ = 570nm. Riêng prolin

cho màu vàng.

ƯD: Phản ứng ninhydrin được ưd để phát hiện vết vân tay người.

- Phản ứng đun nóng của các amino acid

III. Phản ứng có sự tham gia của cả hai nhóm carboxyl và amino.

+) α-aminoacid

NHCH C

NHC CH R

RO

O

NHCH CR

HOH

O

C CH RHOHN H

O

- 2H2O

to

+) -aminoaciddicetopiperazin

R CH CH COOHHNH2

R CH CH COOH- NH3

toacid -ethylenic

+) , , ,…-aminoacid

NHC

CH CH2

CH2

O

R

OCCH2CH2CHROHHN H

- H2O

to

-aminoacid -lactamVD:

+) -aminoacid +) -aminoacid

-lactam

-lactam

butyro lactam

NHC

CH2

CH2

O

CH2- H2O

to

acid -amino butyric

OCCH2CH2CH2

OHHN H

III. Các phản ứng đặc biệt của một số aminoacid.

1. A.a có chứa nhân aryl (nhân thơm, phản ứng Xantoprotein)

- Phản ứng của aminoacid chứa nhân aryl với HNO3 đặc cho

màu vàng do sự nitro hóa vòng benzen.

2. A.a có chứa lưu huỳnh

- Phản ứng của các aminoacid chứa lưu huỳnh với Pb2+/OH-

cho kết tủa PbS màu đen.

CH2 CH COOHNH2

HOHNO3

CH2 CH COOHNH2

HO

O2N

- Sản phẩm khi cho thêm kiềm vào chuyển thành màu da cam.

3. A.a có chứa nhân phenol (Phản ứng Milon)

- Phản ứng của aminoacid chứa nhân phenol với dung dịch

HgNO3 khi đun sôi trong hỗn hợp acid HNO3 và HNO2 cho

kết tủa màu nâu đỏ.

tyrosin: HO CH2 CH COOHNH2

4. A.a có chứa vòng imidazol (Phản ứng Pauli)

- Acid diazobenzosunfonic phản ứng với aminoacid chứa vòng

imidazol trong môi trường kiềm tạo hợp chất azo có màu đỏ

anh đào.

5. A.a có chứa vòng indol (Phản ứng Roxenhen)

- Các aminoacid chứa vòng indol phản ứng với HCHO 0,1%,

có mặt của HgSO4 cho màu tím.

6. Phản ứng dưới tác dụng của men.

tryptophan:

NH

NH2

COOHCHCH2

- Oxy hóa các a.a bằng tác nhân oxy hóa hoặc enzym tạo thành

ceto acid. Sau đó cetoacid bị decacboxyl tạo thành aldehyd.

R CH COOHNH2

R C COOHO

(O)enzym

+ NH3

-aminoacid -cetoacid

R C COOHO

- CO2

to+ CO2RCHO

..\Bai Tap\BTĐC-CHH.ppt

Amino acid không phân cực

Amino acid trung tính

Amino acid phân cực

Amino acid có tính base Amino acid có tính acid