2.2.2 Номенклатура и изомерия

Для наименования аминокислот широко применяются тривиальные названия и буквенные сокращенные символы (см. Приложение 2). По рациональной номенклатуре аминокислоты рассматривают как производные соответствующих карбоновых кислот, положение аминогруппы указывается буквами , ,  и т. По ИЮПАК для наименования аминокислот группу NH₂ называют префиксом (приставкой) «амино» с указанием цифрой номера углеродного атома, с которым она связана, затем следует название соответствующей кислоты. Нумерацию главной цепи осуществляют от углеродного атома карбоксильной группы.

Для аминокислот характерна:

• структурная изомерия, связанная с особенностями строения углеродного скелета и взаимным расположением функциональных групп;

• пространственная (стереохимическая, оптическая) изомерия, связанная с наличием асимметрических углеродных атомов.

2.2.3 Физические свойства

-Аминокислоты – кристаллические вещества белого или сероватого цвета. Они хорошо растворяются в воде с образованием электролитов, плохо – в спирте, не растворяются в эфире. Аминокислоты в твердом и растворенном состоянии имеют биполярное строение, на что указывает отсутствие в ИК-спектрах отдельных полос поглощения, характерных для – NН₂ и –СООН групп, они обладают высокой температурой плавления (См. Приложение 3).

2.2.4 Амфотерность аминокислот

Амфотерность – способность -аминокислот диссоциировать в водном растворе по типу кислоты и основания из-за наличия в их составе групп кислотного (-СООН) и основ­ного (-NH₂) характера. Аминокислоты существует в виде равновесной смеси биполярного иона (цвиттериона) катионной и анионной форм, равновесие которых зависит от рН среды:

+H⁺ +OH^–

NH₃⁺ – СH – COOH NH₃⁺ – CH – COO^– NH₂ – CH – COO^– + H₂O

 – H⁺  – OH^– 

R R R

Катионная форма Биполярный ион Анионная форма

Сильнокислая среда Сильнощелочная среда

рН 1,0 рН 7,0 рН 11,0

Катионные формы пребладают в сильнокислых средах, ани­онные в

сильнощелочных. Катионная фор­ма -аминокислоты, с позиций теории Бренстеда, является двухосновной кислотой, содержащей две кислотные группы: недиссоциированную карбок­сильную группу и протонированную аминогруппу. Характеризуется кислота соответствующими значениямирК_а1 ирК_а2. Отдавая один протон, двухосновная кислота превращается в слабую одноосновнуюдиполярный ион с одной кислотной⁺NH₃-группой. Депротонирование диполярного иона приводит к получению ани­онной формы-аминокислотыкарбоксилат-аниона (ос­нование Бренстеда).

Значения рК_а1, характеризующие кислотные свойства –СООН группы -аминокислот, лежат в интервале от 1 до 3; значения рК_а2, характеризующие кислотность аммониевой группы,  от 9 до 10. Положение равновесия (со­отношение различных форм -аминокислоты) в водном растворе при определенных значениях рН зависит от наличия в радикале R ионогенных групп, которые играют роль дополнительных кислотных и основных центров.

Значение рН, при котором концентрация диполярных ионов максимальна, а минимальные концентрации катионныхи анионных форм -ами­нокислоты равны, называется изоэлектрической точкой (pI).

pI = 1/2 ^. (рК_{а n} + рК_{а n+1}), где

n  максимальное число положительных зарядов в протонированной-аминокислоте

В изоэлектрической точке суммарный заряд молекулы -амино­кислоты

равен нулю. Биполярные ионы не перемещаются в электрическом поле. При значениях рН ниже рI катион -амино­кислоты (аммониевая форма) движется к катоду; при рН выше, чем pI, карбоксилат-анион аминокислоты перемещается к аноду. На этом основано разделение аминокислот методом электрофореза.

Нейтральные а-аминокислоты имеют рI несколько ниже 7,0 (5,5—6,3) из-за большей ионизации карбок­сильной группы под влиянием I_эфф ⁺NH₃ –группы:

катион биполярный ион анион

pKa ₁ = 2,3 СOOH-группы pI = 6,0 рКа₂= 9,6⁺NH₃-группы

Кислые а-аминокислоты, имеющие в радикале дополнительную карбоксильную группу, в сильнокислой среде находятся в полнос­тью протонированной форме. Они являются трехосновными кис­лотами (по Бренстеду), характеризующимися тремя значениями рК_а, как это видно на примере глутаминовой кислоты (рI = 3,2):

катион биполярный ион анион дианион

рКа₁= 2,2 (-СOOH)pI=3,2pKa₂=4,3 (COOHвpKa₃=9,7⁺NH₃- радикале группы

Основные а-аминокислоты имеют изоэлектрическую точку выше рН 7. В сильнокислой среде они также представляют собой трехосновные кислоты, этапы ионизации которых выглядят следующим образом:

Дикатион катион биполярный ион анион

лизина pKa₁=2,2 (COOH)pKa₂=9,0 (-⁺NH₃)pKa₃=10,5 (⁺NH₃ в радикале)

Свойство аминокислот диссоциировать на ионы в кислой или щелочной среде лежит в основе методов разделения и идентификации их ионообменной хрома­тографией и электрофорезом (см. главу 6 ).