6.8.3. Способы получения

1. -Оксокислоты получают либо гидролизом ,-дигалогенозамещённых карбоновых кислот (механизм реакции — гл. 3.2.4), либо гидролизом -оксонитрилов (механизм реакции — гл. 6.4.4.7), а пировиноградную кислоту — пиролизом винных кислот в присутствии KHSO₄:

R–CCl₂–COOH R–CO–COOH

HOOC-CHOH-CHOH-COOH HOOC-CH=COH-COOH

 HOOC-CH₂-CO-COOH CH₃-CO-COOH

2. Одним из удобных способов получения -оксокислот (в частности, ацетоуксусной кислоты) является конденсация Кляйзена (гл. 6.4.4.3).

3. Возможны способы получения оксокислот из ацетоуксусного эфира (гл. 6.8.2), окислением соответствующих гидроксикислот; многие из оксокислот получают специфическими реакциями.

6.8.4. Важнейшие представители

Пировиноградная кислота — бесцветная жидкость с запахом уксусной кислоты; температура кипения 438 К (с разложением); растворима в воде.

Пировиноградная кислота участвует в различных биохимических процессах и потому имеет важное биологическое значение; является промежуточным продуктом в процессах молочнокислого и спиртового брожения, в биосинтезе аминокислот.

Получают пиролизом винной кислоты.

Ацетоуксусный эфир — бесцветная жидкость с приятным запахом; температура кипения 454 К.

Кетоформа ацетоуксусного эфира в чистом виде представляет собой кристаллы с температурой плавления 234 К.

Промышленным способом получения является сложноэфирная конденсация (Кляйзена) этилацетата.

Ацетоуксусный эфир широко применяют в тонком органическом синтезе (в частности, в фармацевтической промышленности, в производстве красителей).

6.9. Аминокарбоновые кислоты. Пептиды

Аминокарбоновые кислоты (или более общее название аминокислоты) можно определить как производные углеводородов, которые содержат в составе молекул карбоксильные и аминогруппы. Простейшим представителем являетсяNH₂-CH₂-COOH аминоэтановая кислота. (Хотя существует ещё более простой примеркарбаминовая кислотаNH₂-COOH, но из-за больших отличий в её химическом поведении от прочих аминокислот карбаминовая кислота здесь не рассматривается).

Среди аминокарбоновых кислот наиболее распространёнными и биологически значимыми являются -аминокислоты (см. далее, в классификации) с общей формулойR-CH(NH₂)-СOOH. Они представляют собой структурные элементы многих природных соединений, главным образом пептидов и белков. В настоящее время известно свыше 100 природных-аминокислот, из которых только около 26 обнаружены в белках (табл. 6.7), а 20 аминокислот входят практически во все белковые молекулы.

6.9.1. Классификация, номенклатура, изомерия аминокислот

Молекулы аминокарбоновых кислот могут содержать одну или несколько карбоксильных групп –COOН и, соответственно, одну или несколько аминогрупп–NН₂. Поэтому среди аминокислот можно выделить:

а) моноаминомонокарбоновые кислоты, например:

H2N-CH2-СOOH	глицин (гликокол, аминоэтановая, аминоуксусная),
	аланин (2-аминопропановая, -аминопропионовая);

б) моноаминодикарбоновые кислоты, например:

	аспарагиновая (аминобутандиовая, аминоянтарная),
	глутаминовая (2-аминопентандиовая, -аминоглутаровая);

в) диаминомонокарбоновые кислоты, например,

лизин (2,6-диаминогексановая, ,-диаминокапроновая);

г) диаминодикарбоновые кислоты и т.д.

Моноаминомонокарбоновые кислоты также классифицируют на -аминокислоты,-аминокислоты и т.д. в зависимости от взаимного расположения карбоксильной и аминогрупп:

-аминопропионовая кислота -аминопропионовая кислота

Помимо структурных видов изомерии, в том числе изомерии положения NН₂-группы относительно карбоксильной (иллюстрацией тому служит существование -аминокислот, -аминокислот и т.д.), важной для понимания строения, свойств и биологической роли аминокислот является стереоизомерия.

По аналогии с гидроксикислотами молекулы всех -аминокислот, кроме глицина, содержат асимметрический атом углерода, поэтому возможно наличие оптических изомеров, описываемых данной структурной формулой. Эти соединения могут быть причислены к R- или S-ряду, исходя из определения их абсолютной конфигурации (гл. 1.7.1). Однако часто для различия оптических изомеров аминокислот определяют их относительную конфигурацию, то есть отнесение к D- или L-ряду. Для классификации оптических изомеров гидроксикислот используют совпадение пространственного расположения заместителей у асимметрического атома углерода с расположением заместителей в D- или L-изомере глицеринового альдегида. Почти все природные -аминокислоты принадлежат к L-ряду (D-аминокислоты встречаются только в составе белков микроорганизмов):

,D-аминокислота ,L-аминокислота

Важнейшие природные ,L-аминокислоты приведены в табл. 6.7. Всем L-аминокислотам, за исключением цистеина, соответствует S-конфигурация асимметрического центра.

Таблица 6.7

Важнейшие природные ,L-аминокислоты и их изоэлектрические точки

Тривиальное название	Формула	Сокращённое обозначение*	pI
Глицин	NH2CH2COOH	Gly (G)	5.97
Аланин	CH3CH(NH2)COOH	Ala (A)	6.00
Аминомасляная	CH3CH2CH(NH2)COOH	Abu	5.98
Валин	(CH3)2CHCH(NH2)COOH	Val (V)	5.96
Норвалин	CH3CH2CH2CH(NH2)COOH	Nva	5.97
Лейцин	(CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH	Leu (L)	5.98
Норлейцин	CH3CH2CH2CH2CH(NH2)COOH	Nle	5.97
Изолейцин	CH3CH2(CH3)CHCH(NH2)COOH	Ile (I)	5.94
Фенилаланин		Phe (F)	5.48
Серин	HOCH2CH(NH2)COOH	Ser (S)	5.68
Треонин	HO(CH 3)CHCH(NH2)COOH	Thr (T)	5.64
Тирозин		Tyr (Y)	5.66
Цистеин	HSCH2CH(NH2)COOH	Cys (C)	5.02
Цистин		(Cys)2	5.03
Метионин	CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH	Met (M)	5.74
Лизин	NH2-(CH2)4-CH(NH2)COOH	Lys (K)	9.59
Орнитин	NH2-(CH2)3-CH(NH2)COOH	Orn	9.70
Аргинин		Arg (R)	11.15
Аспарагиновая	HOOC-CH2CH(NH2)COOH	Asp (D)	2.77
Аспарагин	H2N-CO-CH2CH(NH2)COOH	Asn (N)	5.41
Глутаминовая	HOOC-CH2CH2CH(NH2)COOH	Glu (E)	3.22
Глутамин	H2N-CO-CH2CH2CH(NH2)COOH	Gln (Q)	5.65
Гистидин		His (H)	7.47
Триптофан		Trp (W)	5.89
Пролин		Pro (P)	6.30
Гидроксипролин		Hyp	5.74

* В скобках даётся однобуквенное обозначение, рекомендуемое ИЮПАК.

Изолейцин, треонин и гидроксипролин имеют два асимметрических атома и могут быть представлены в виде четырёх оптических изомеров:

изолейцин треонин гидроксипролин

В водном растворе часть L-аминокислот вращает плоскополяризованный свет влево, часть  вправо. При этом в кислом растворе большинство L-аминокислот являются правовращающими, т. е. некоторые аминокислоты при переходе в область значений рН << 7 из левовращающих становятся правовращающими.