-
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
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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:
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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:
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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.
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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:
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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;
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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:
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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:
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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:
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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:
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
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:
-
Curs 1 Chimia Heterociclurilor Aminoacizi
13
Fosfatul piridoxaminei reacționează cu un nou cetoacid transformându-l într-un alt aminoacid
regenerându-se fosfatul piridoxalului.