XI. Гетероциклические соединения азота

Пиридин

Н

|

C Пиридин выглядит как бесцветная жидкость.

HC CH Пиридин – основание. В кислом растворе присоединяет протон и образует

| || ион пиридиния [C₅H₅NH⁺].

HC CH Пиридин токсичен, опасен для окружающей среды, огнеопасен.

N

••

Пиримидин (1,3(м)-диазин или миазин)

Н

|

C Пиримидин выглядит как бесцветные кристаллы с характерным запахом.

: N CH Производные пиримидина : тимин, урацил, цитозин. Они участвуют в передаче

|| | наследственных признаков.

HC CH

N

••

Пурин

Н

| Пурин входит в состав нуклеиновых кислот.

C N Производные пурина играют важную роль в химии природных

: N C соединений. Кофеин, например, возбуждает центральную нервную

| || CH систему.

HC C

N N

•• |

H

Аденин (6-аминопурин)

NН₂ Аденин является аминопроизводной пурина. Он выглядит как

| бесцветные кристаллы.

С N Аденин входит в состав нуклеиновых кислот.

: N C

| || СН

HC C

N N

•• |

H

Гуанин (2-амино-6-оксо-пурин или 2-аминогипоксантин)

Входит в состав нуклеиновых кислот.

Пиррол

••

NH

HC CH Пиррол содержится в хлорофилле, в гене гемоглобина и в костном

|| || масле (это масло получают путем перегонки костей).

HC CH

Алкалоиды

Алкалоиды – это вещества растительного происхождения, в редких случаях встречаются в грибах и животных. Они содержат минимум один атом азота, в следствие чего алкалоиды обладают основными свойствами.

Многие алкалоиды ядовиты, нередко они имеют горький вкус.

Пример.

C₁₀H₁₄N₂ (никотин)

Другие примеры алкалоидов: морфин, кокаин, стрихнин, валерин (вместе с хатинином содержится в валериане).

XII. Белки

Аминокислоты и белки

Белки – важнейший класс природных полимеров.

Существуют три основных класса биополимеров: полисахариды, нуклеиновые кислоты и белки.

Белки по химической природе являются полиамидами, построенные из аминокислот. В образовании белка участвует около двадцати аминокислот. Это так называемые основные, или белокобразующие (протеиногенные), аминокислоты.

В зависимости от вида радикала основные аминокислоты делят на три группы:

1) Неполярные (аланин, метионин, валин, про-лин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин);

2) Полярные незаряженные (аспарагин, глутамин, серии, глицин, тирозин, треонин, цистеин);

3) Полярные заряженные (аргинин, гистидин, лизин — положительно; аспарагиновая и глутаминовая кислоты — отрицательно).

Общая формула аминокислот:

α O

R – CH – C

| OH

NH₂

Некоторые аминокислоты, входящие в состав белков:

1. Глицин (гликокол или аминоуксусная кислота);

H₂C– COOH

|

NH₂

2. Аланин (α-аминопропионовая кислота);

H₃C – CH – COOH

|

NH₂

3. Валин^* (α-аминоизовалериановая кислота);

H₃C – CH – CH – COOH

| |

CH₃ NH₂

4. Серин (α-амино-β-оксипропионовая кислота или α-амино-β-гидроксипропионовая кислота);

H₂C – CH – COOH

| |

OH NH₂

5. Цистеин (α-амино-β-тиопропионовая кислота или α-амино-β-сульфгидрилпропионовая кислота);

H₂C – CH – COOH

| |

SH NH₂

6. Двухосновные аминокислоты;

0. 6.1. Аспарагиновая кислота (α-аминоянтарная кислота);

HOOC – CH₂ – CH – COOH

|

NH₂

0. 6.2. Глутаминовая кислота (α-аминоглутаровая кислота).

HOOC – CH₂ – CH₂ – CH – COOH

|

NH₂

7. Одноосновные диаминокислоты;

Лизин (2,6-диаминогексановая кислота или α,ε-диаминокапроновая кислота)

NH₂ – (CH₂)₄ – CH – COOH

|

NH₂

8. Двухосновные диаминокислоты.

Цистин^* (β,β’-дитио-α-аминопропионовая кислота или ди-β-тио- α-аминопропионовая кислота, или 3,3’-дитио-бис-2-аминопропионовая кислота, или дицистеин). Цистин является дисульфидом цистиена.

HOOC – CH – CH₂ – S – S – CH₂ – CH – COOH

| |

NH₂ NH₂

Все природные кислоты (кроме глицина) имеют ассиметричный атом углерода и обладают оптической активностью. Оптически активные вещества существуют в виде двух изомерных форм (энантиомеры): L- (левовращающаяся) и D- (правовращающаяся). Молекулы относятся друг к другу как объект и его зеркальное изображение. Все природные белки построены только из L-аминокислот.

Получение глицина

1. Из уксусной кислоты;

p

NH₃

H₃C – COOH + Cl₂ H₂C – COOH H₂C – COOH

| |

Cl NH₂

2. Из формальдегида.

NH₃

HOH

О

HC + HCN HO – CH₂ – CN H₂N–CH₂ –С N H₂C – COOH

Н гидроксиацетонитрил |

NH₂

Во всех аминокислотах есть группы [NH₂] и [COOH], которые вступают в характерные для них реакции.

R – CH – COO¯ R – CH – COOH

| |

NH₃ NH₂

HNO₂

N₂ (г)

O

R – CH – C

| OH

HN – COR’

R’COHall

на [NH₂]

O

R – CH – C

| OH

NH₃⁺

HCl

R – CH – COOH

|

NH₂

O

R – CH – C

| O¯

NH₂

NaOH

NH₃

O

R – CH – C

| OR’

NH₂

R’OH

на [COOH]

R – CH₂ – CO₂¯

O

R – CH – C

| Cl

NH₂

SOCl

В кислых растворах аминокислоты присоединяют протоны (протонируют).

Аминогруппа → до NH₃⁺

В щелочах → до CO₂¯

В промежуточных значениях pH аминокислоты образуют биполярные ионы (цвиттер-ионы).

R – CH – CO2¯

|

NH₃⁺

П

T

роцесс конденсации с другими аминокислотами в живых организмах происходит с катализирующими ферментами.

измененная структуру (денатурация).

д

+ Н₂О

ипептид → полипептид → белок

смесь аминокислот

Пептиды и белки

Аминокислоты в белках соединены в длинные цепи (полипептидные связи), состоящие из полипептидов.

Рассмотрим на примере глицерина.

O

H₃N⁺– CH₂ – C + H ₃N⁺ – CH₂ – C – O¯ → H₃N⁺ – CH₂ – C – NH – CH₂ – C – O¯ + H₂O

O¯ || || ||

O O (амид) O

Образуется пептидная связь (CO – NH).

Полипептиды, содержащие больше ста аминокислот называются белками.

Классификация белков:

1. Фибриллярные;

Фибриллярные белки — белки, образованные полипептидными цепями, расположенными параллельно друг другу вдоль одной оси и образующие длинные волокна (фибриллы) или слои.

Молекулы таких белков имеют линейное строение. Они не растворимы в воде, устойчивы к действию кислот и щелочей.

К ним относят: кератин (волосы, ногти), коллаген (мускулы, сухожилия), эластин (кровеносные сосуды).

2. Глобулярные.

Глобулярные белки — белки, в молекулах которых полипептидные цепи плотно свёрнуты в компактные шарообразные структуры — глобулы (третичные структуры белка).

Такие белки имеют трехмерную сложную структуру. Действие на них кислот и щелочей приводит к денатурации белка.

К ним относят: альбумин (содержится в белке яйца); казеин (основная масса творога).