Amidy, aminy, aminokwasy

AMIDY KWASOWE

Amidy kwasowe - pochodne kwasów karboksylowych, w których grupa OH- grupy karboksylowej została zastąpiona grupą aminową -NH2

Właściwości fizyczne acetamidu:

-biała krystaliczna substancja
-dobrze rozpuszczalny w wodzie
-odczyn roztworu wodnego obojętny

Reakcje charakterystyczne:

Amidy kwasowe reagują zarówno z kwasami jak i z zasadami, są więc amfolitami. Ich charakter amfolityczny jest spowodowany występowaniem tautomerii amidowo-imidowej, polegającej na wędrówce protonu między grupą aminową i karbonylową. Forma amidowa tworzy połączenia z kwasami dzięki obecności wolnej pary elektronowej na atomie azotu grupy NH2 forma imidowa może reagować z zasadami odszczepiając proton z grupy hydroksylowej.

1. Hydroliza w środowisku kwaśnym (pod wpływem mocnych kwasów nieorganicznych)

2. Hydroliza w środowisku zasadowym (pod wpływem wodorotlenków litowców)

Otrzymywanie:

1. Ogrzewanie kwasów karboksylowych z …

a) z amoniakiem (otrzymywanie amidów I-rzędowych)

b) z aminami I-rzędowymi (otrzymywanie amidów II-rzędowych)

c) z aminami II-rzędowymi (otrzymywanie amidów III-rzędowych)

AMINOKWASY

Związki organiczne, pochodne węglowodorów, zawierające co najmniej jedną grupę aminową (-NH2) i jedną grupę karboksylową (-COOH). Inaczej mówiąc są to kwasy karboksylowe alifatyczne lub aromatyczne, zawierające w cząsteczce oprócz grupy karboksylowej -COOH, grupę aminową -NH2.
Aminokwasy są związkami amfoterycznymi:
- w środowisku o pH niższym od ich punktu izojonowego (pI) występują jako kationy (-NH3+) i mogą reagować z anionami
- w środowisku o pH wyższym od pI tworzą aniony (-COO-) i reagują z kationami.
W pI tworzą jony obojnacze, czyli elektrycznie obojętne.

Wyróżnia się aminokwasy:
- obojętne (pI przy pH ok. 6,3),
- zasadowe (pI w zakresie zasadowym pH)
- kwaśne (pI w zakresie kwaśnym pH).

Aminokwasy są związkami biologicznie ważnymi jako materiał budulcowy wszystkich białek, w których połączone są wiązaniami peptydowymi. Niektóre aminokwasy stanowią produkty wyjściowe do biosyntezy ważnych hormonów np. z tyrozyny powstaje tyroksyna i adrenalina. Rośliny mogą syntetyzować wszystkie aminokwasy, zwierzęta są zdolne do syntezy tylko niektórych (aminokwasy endogenne), pozostałe (aminokwasy egzogenne) muszą pobierać z pokarmem. Dla większości kręgowców (w tym dla człowieka) aminokwasami egzogennymi są:
- aminokwasy aromatyczne (fenyloalanina, tryptofan),
- aminokwasy o łańcuchach rozgałęzionych (walina, leucyna, izoleucyna) oraz lizyna, treonina i metionina.
Tyrozyna jest względnie egzogenna, tzn. nie jest wymagany jej dopływ z zewnątrz, jeżeli fenyloalanina jest dostarczana w dostatecznych ilościach.
Ze względu na charakter reakcji katabolicznych aminokwasy dzieli się na:
- cukrotwórcze (glikogenne), włączające się w metabolizm cukrów
- ketogenne, dostarczające produktów charakterystycznych dla przemiany tłuszczów
Odrębną grupę stanowią aminokwasy biorące udział w gospodarce układami zawierającymi jeden węgiel
(np. HCHO).

Aminokwasy dzielimy na:
1. Aminokwasy hydrofobowe
Do tej grupy zaliczamy alaninę, której grupą boczną jest grupa metylowa. Trzy i czterowęglowe łańcuchy boczne posiadają walina, leucyna i izoleucyna. Izoleucyna charakteryzuje się obecnością dwóch centrów aktywnych optycznie. Alifatyczny łańcuch boczny proliny zapętlony jest tak, że łączy się również z grupą aminową. Kolejny aminokwas ? fenyloalanina ? zawiera pierścień fenylowy połączony z grupą metylenową (?CH2?).Łańcuchem bocznym tryptofanu jest pierścień indolowy połączony z grupą metylową, wodorami i atomem azotu. Ostatnim aminokwasem z grupy hydrofobowych jest metionina. Zawiera ona w swej grupie bocznej atom siarki.
Ta grupa aminokwasów wykazuje silne właściwości hydrofobowe, czyli tendencję do unikania kontaktu z wodą i zdolność do grupowania się. Ma znaczenie dla stabilizacji struktury białek w środowisku wodnym.

2.Aminokwasy polarne, nie posiadające ładunku
Najprostszym aminokwasem w tej grupie jest glicyna ? jej grupę boczną stanowi jedynie atom wodoru. W wyniku tego glicyna nie wykazuje czynności optycznej (nie jest asymetryczna). Tyrozyna posiada łańcuch boczny w postaci pierścienia aromatycznego z dołączoną grupą hydroksylową, która powoduje, że aminokwas ten charakteryzuje się dosyć dużą reaktywnością chemiczną. Cysteina zawiera w swej grupie bocznej atom siarki w postaci grupy hydrosulfidowej (SH). Grupa ta jest silnie reaktywna i bierze udział w tworzeniu mostków dwusiarczkowych wpływających na strukturę niektórych białek. Kolejnymi aminokwasami należącymi polarnymi są seryna i treonina zawierające w alifatycznym łańcuchu bocznym grupy hydroksylowe. Podobnie jak w przypadku tyrozyny, grupy te powodują wzrost reaktywności. Treonina, obok izoleucyny, jest jednym z dwóch aminokwasów posiadających dwa centra optyczne. Asparagina i glutamina, ostatnie z grupy, są pochodnymi asparaginianu i glutaminianu powstałymi w wyniku dołączenia grupy amidowej.
3.Aminokwasy polarne o ładunku dodatnim
W środowisku o odczynie obojętnym lizyna i arginina mają ładunek dodatni, podczas gdy histydyna łatwo może przechodzić między ładunkiem dodatnim, a obojętnym. Właściwość ta jest wykorzystana w centrach aktywnych enzymów, gdzie histydyna zmieniając stany naładowania katalizuje powstawanie i zrywanie wiązań.
4.Aminokwasy polarne o ładunku ujemnym
Do tej grupy należą tylko dwa aminokwasy o podobnej budowie: asparaginian (kwas asparaginowy) i glutaminian (kwas glutaminowy). Łańcuchy boczne tych aminokwasów w fizjologicznym zakresie pH posiadają ładunek ujemny.

Na podstawie kodu genetycznego są syntetyzowane polipeptydy o ściśle określonej sekwencji aminokwasów. W zależności od liczby aminokwasów, można wyróżnić dipeptydy, tripeptydy itd. Dla peptydów utworzonych z kilku do kilkunastu aminokwasów stosuje się ogólną nazwę ? oligopeptydy, natomiast dla cząsteczek zbudowanych z kilkudziesięciu (do ok. 100) aminokwasów ? polipeptydy. Białka to związki wielkocząsteczkowe (makromolekularne), których pojedyncze łańcuchy polipeptydowe mogą dochodzić do ponad 1000 cząsteczek aminokwasów.
Peptydy są amidami utworzonymi w wyniku rekcji grup aminowych z grupami karboksylowymi aminokwasów, wiązanie chemiczne występujące w tych związkach jest określone mianem wiązania peptydowego. Wyróżniono dwa końce cząsteczki:
N-terminalny, ze względu na wolną grupę aminową (+H3N-), zapisywaną z lewej, oraz C-terminalną oznaczającą grupę karboksylową ( -COO- ), którą zapisuję się z prawej strony cząsteczki. Oba końce cząsteczki są reaktywne. Ułożenie poszczególnych aminokwasów w łańcuchu zapisuje się, stosując skróty trzy-, lub jednoliterowe. Wzór cząsteczki peptydu można zatem sobie wyobrazić jako łańcuch szeregowo ułożonych wiązań peptydowych, porozdzielanych ?węzłami? atomów węgla, od których odchodzą boczne łańcuchy ? reszty aminokwasowe

AMINY

Aminy to związki organiczne zawierające w swojej budowie grupę aminową będącą pochodną amoniaku.
Podział aminów:
Ze względu na rodzaj podstawników obecnych przy atomie azotu aminy dzielą się na:
· Aminy alifatyczne
· Aminy aromatyczne
· Aminy alifatyczno - aromatyczne
Aminy dzieli się na pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowe, jednak ten podział nie przebiega tak jak w przypadku alkoholi, lecz wynika z liczby grup organicznych bezpośrednio przyłączonych do atomu azotu.

Przykłady:

Nazewnictwo:
· Nazwy amin alifatycznych tworzy się przez dodoanie przyrostka -amina do nazwy grupy lub grup alkilowych związanych z atomem azotu.
Przykłady:
metyloamina
CH3-NH2
dimetyloamina
(CH3)2NH
trimetyloamina
(CH3)3N
· Aminy aromatyczne nazywa się na ogół jako pochodne najprostszej aminy aromatycznej - aniliny
Przykłady:
fenyloamina, anilina
C6H5-NH2
Właściwości fizyczne:
I-szo i II-go rzędowe aminy z grupami alkilowymi mają charakterystyczny rybi zapach. Wszystkie trzy aminy z grupami metylowymi są dobrze rozpuszczalnymi w wodzie gazami, podobnie jak amoniak. Aminy z wyższymi grupami alifatycznymi są ciekłe lub stałe i ze wzrostem długości łańcuchów węglowych coraz gorzej rozpuszczają się w wodzie.
Aminy aromatyczne są wysokowrzącymi cieczami lub ciałami stałymi o ostrym, charakterystycznym, ale nie rybim zapachu.
Właściwości chemiczne:

Aminy mają podobnie jak amoniak właściwości zasadowe - ich roztwory wodne zawierają jony OH-
Są to więc związki o silnych własnościach zasadowych, reagujące chętnie z kwasami nieorganicznymi i organicznymi oraz dające odczyn zasadowy w roztworach wodnych gdyż w wodzie podlegają one reakcji wg. schematu:
R-NH2 + H2O -> RNH3OH <--> RNH3(+) + OH(-)
Zasadowość amin zależy od podstawników przy atomie azotu. Aminy alifatyczne są bardziej zasadowe od amoniaku i ich zasadowość wzrasta wraz z rzędowością, zaś w przypadku amin aromatycznych jest dokładnie na odwrót - mają one mniej zasadowe własności od amoniaku i spadają one ze wzrostem rzędowości, słaby charakter zasadowy amin aromatycznych jest spowodowany oddziaływaniem wolnej pary elektronowej grupy aminowej z sekstetem elektronowym pierścienia aromatycznego.
Z punktu widzenia biochemii najważniejszą reakcją amin jest reakcja z kwasami karboksylowymi prowadząca do powstania wiązań peptydowych.
Z kolei z punktu widzenia chemii organometalicznej najważniejsze są możliwości reakcji amin z chlorkami, bromkami i jodkami metali, prowadzące do powstawania trwałych kompleksów tych metali:
R-NH2 + FeCl2 --> R-NH-Fe-NH-R
Otrzymywanie:

a) amin aromatycznych - przez redukcję związków nitrowych

b) amin alifatycznych - przez podstawienie atomu fluorowca amoniakiem i wydzielenie aminy zasadą.

AMINY

Aminy, będące pochodnymi amoniaku, należą do związków organicznych wykazujących znaczną zasadowość. Zależnie od liczby podstawowych atomów wodoru rozróżniamy aminy pierwszorzędowe (I), drugorzędowe (II) i trzeciorzędowe(III).

H
R—-N pierwszorzędowa amina
H

H
R—-N drugorzędowa amina
R1

R2
R—-N trzeciorzędowa amina
R1

Ze względu na rodzaj podstawników obecnych przy atomie azotu aminy dzielą się na:
 Aminy alifatyczne,
 Aminy aromatyczne,
 Aminy alifatyczno - aromatyczne.

Nazwy amin alifatycznych tworzy się przez dodanie przyrostka „-amina” do nazwy grupy alkilowej związanej z atomem azotu.

H3C—NH2 H3C—CH2—NH2
metyloamina etyloamina

Aminy aromatyczne określa się jako pochodne najprostszej aminy „-aniliny”. Dla aminotoluenu zachowuje się nazwę zwyczajową „toluidyna”.

Aminy należą do związków polarnych. Pomiędzy cząsteczkami amin tworzy się wiązanie wodorowe, oprócz amin III rzędowych, co powoduje podwyższenie temperatury wrzenia amin w porównaniu do temperatury wrzenia związków niepolarnych o takiej samej masie cząsteczkowej. Aminy rozpuszczają się w mniej polarnych rozpuszczalnikach takich jak eter, alkohol. Są substancjami o charakterystycznym zapachu – metyloamina i etyloamina ma zapach podobny do amoniaku, natomiast wyższe alkiloaminy mają wyraźny zapach ryb. Aminy aromatyczne są bardzo trujące, łatwo ulegają utlenieniu na powietrzu. Aminy alifatyczne są bardziej zasadowe niż aminy aromatyczne. Łatwo reagują z roztworami mocnych kwasów nieorganicznych lub kwasów karboksylowych. Produktami reakcji są sole, które pod wpływem wodnych roztworów wodorotlenków przechodzą w aminy:

CH3NH2 + HCl [CH3NH3] Cl
metyloamina OH chlorek metyloaminowy

AMINOKWASY

Do aminokwasów należą związki zawierające grupę karboksylową i aminową. Nazwy aminokwasów tworzy się od nazw podstawowych kwasów karboksylowych, przy czym grupa aminowa traktowana jest jako podstawnik i jej położenie zaznacza się przez podanie numeru atomu węgla, przy którym ona występuje lub poprzez oznaczenie atomu węgla, do którego jest ona dołączona, literą grecką:
H H

H — C — COOH H3C  C  COOH

NH2 NH2
kwas aminoetanowy kwas 2-aminopropanowy
(kwas aminooctowy) (kwas -aminopropanowy)

Aminokwasy, które zawierają grupę aminową przy  atomie węgla, wchodzą w skład łańcuchów poliamidowych, z których zbudowane jest białko. Aminokwasy to ciała stałe o budowie krystalicznej, które w wysokich temperaturach topią się z rozkładem, rozpuszczają się tylko w rozpuszczalnikach polarnych.