Действие аммиака на галогензамещенные кислоты (аммонолиз)
Реакцию осуществляют при действии избытка водного, спиртового или жидкого аммиака обычно на -галогензамещенные кислоты (как наиболее доступные); при этом образуются аммонийные соли аминокислот:
Метод удобен для синтеза самых разнообразных аминокислот, но возникают большие трудности отделения солей аминокислот от хлорида аммония.
Получение из циангидринов альдегидов и кетонов (циангидринный метод)
Важной реакцией получения -аминокислот является действие аммиака на циангидрины альдегидов или кетонов, с последующим гидролизом аминонитрила в аминокислоту:
Аминонитрилы можно получить также, действуя на альдегиды или кетоны непосредственно цианистым аммонием или смесью водных растворов хлористого аммония и цианистого калия, в результате обменного разложения дающих цианистый аммоний, который вступает в реакцию с альдегидами или кетонами:
Синтезы с помощью нитроуксусного эфира
При конденсации нитроуксусного эфира с альдегидами в присутствии органических оснований (по типу альдольной или кротоновой конденсации) с последующим восстановлением и гидролизом продуктов конденсации получают различные -аминокислоты.
а)
б)
С помощью приведенных выше способов получают -аминокислоты, но разработаны способы получения-,- и других аминокислот. Следующие синтезы позволяют получить-аминокислоты.
Присоединение аммиака к-,-непредельным кислотам
Присоединение происходит против правила Марковникова, т.е. атом водорода присоединяется к менее гидрированному атому углерода, что объясняется поляризацией двойной связи под влиянием электроноакцепторной СООН-группы.
Синтез из малонового эфира, альдегидов и аммиака (по В.М. Родионову)
Восстановление оксимов или гидразонов альдегидо- или кетонокислот
Восстановление нитрокислот
Важным способом синтеза ароматических аминокислот является восстановление орто- мета- и пара-нитробензойных кислот:
Эфиры орто-аминобензойной кислоты (антраниловой кислоты) содержатся в эфирных маслах жасмина, винограда, мандаринов. Синтетически эту кислоту получают аммонолизом орто-хлорбензойной кислоты:
Парааминобензойная кислота (витамин Н) играет большую роль в жизнедеятельности микроорганизмов, в том числе болезнетворных. Получают ее восстановлением пара-нитробензойной кислоты, а ее производные применяют в медицине в качестве анестезирующих веществ, в том числе анестезин, новокаин, пантокаин.
Микробиологический синтез
В промышленности многие аминокислоты получают микробиологическим путем, выращивая на специальной питательной среде микроорганизмы, продуцирующие в процессе своей жизнедеятельности определенные аминокислоты. Таким путем получают, например, лизин, глутаминовую кислоту.
Синтезы отдельных аминокислот
Аминокислоты с более удаленными друг от друга функциональными группами получают действием аммиака на галогензамещенные кислоты, восстановлением неполных нитрилов двухосновных кислот, с помощью бекмановской перегруппировки и т.д.
Синтез-аминокапроновой кислоты
Синтез,-диаминокапроновой кислоты (лизина)
2.10.3 Синтез метионина
Физические свойства аминокислот
Аминокислоты – бесцветные кристаллические вещества с высокими температурами плавления (плавятся с разложением), которые мало отличаются для разных аминокислот и поэтому не характерны. Большинство из них хорошо растворяются в воде и плохо – в органических кислотах. Это свойство связано с тем, что за счет внутримолекулярной ионизации, обусловленной кислотной диссоциацией карбоксильной группы и протонированиемNН2-группы, образуется внутренняя соль, т.е. аминокислоты в водных растворах существуют в виде внутренних солей («цвиттер-ионов»), представляющих собой биполярные ионы:
Водные растворы неполярных -аминокислот почти нейтральны (рН6,8), неэлектропроводны. В колебательных спектрах у них нет полос, относящихся к СООН иNН2-группам. Значение рН, при котором максимальное количество молекул аминокислоты находится в виде биполярных ионов и раствор является неэлектропроводным, называетсяизоэлектрической точкой аминокислоты (pI).
При подкислении вследствие нейтрализации карбоксильной группы аминокислота превращается в катион, способный двигаться к катоду в электрическом поле. В щелочной среде биполярный ион аминокислоты превращается в анион, способный в электрическом поле двигаться к аноду. На этом основано разделение -аминокислот методом электрофореза.
Естественно, что диаминокарбоновые кислоты (основные) имеют в растворе основную реакцию (рН>7), а аминодикарбоновые (кислые) – кислую реакцию (рН<7). В организме при физиологических значениях рН (например, рН крови 7,3–7,5) кислые кислоты находятся в виде анионов, а основные -аминокислоты находятся в виде катионов. Следует отметить, что ни одна-аминокислотаinvivoне находится в своей изоэлектрической точке и не попадает в состояние, отвечающее наименьшей растворимости в воде. Следовательно, все-аминокислоты в организме находятся в ионной форме.