Aminokisloty_1 (Раздаточный материал (методички) по органической химии)

13. АМИНОКИСЛОТЫ

1. Назовите -аминокислоты: а) незаменимые для организма здорового человека б) генетически кодируемые аминокислоты.

1. Какое количество стереоизомеров возможно для 2-амино-3-метилпентановой и 2-амино-3-гидроксибутановой кислот? Приведите для каждого стереоизомера формулу Фишера и назовите их по заместительной номенклатуре IUPAC. В каких стереохимических отношениях находятся L- и D-формулы изолейцина и треонина: а) энантиомеры; б) диастереомеры; в) энантиомеры эритро-формы; г) энантиомеры трео-формы?

1. Приведите формулы Фишера для L- и D-цистеина. Назовите L- и D-цистеин по заместительной номенклатуре IUPAC.

1. Приведите формулы Фишера для L- и D-цистина. Какое количество стереоизомеров возможно для молекулы цистина?

1. Исходя из толуола, получите фенилаланин с использованием следующих основных методов синтеза рацемических -аминокислот: а) прямого аммонолиза -галогенкарбоновых кислот; б) восстановительного аминирования; в) метода Штреккера; г) метода Габриэля; д) фталимидомалонатного или ацетамидомалонатного методов.

1. Получите ()-цистеин фталимидомалонатным методом, исходя из хлорметил(бензил)сульфида.

1. Как осуществить следующие превращения: а) L-серин → L-аланин; б) L-серин → L-цистеин; в) L-серин → L-2,3-диаминопропановая кислота, г) L-аспарагин → L-2,3-диаминопропановая кислота.

1. В Вашем распоряжении имеются ацетамидомалоновый эфир, акрилонитрил и другие необходимые реагенты. Предложите метод синтеза D,L-глутаминовой кислоты.

1. Исходя из метилмеркаптана и акролеина, получите D,L-метионин по приведенной ниже схеме.

1. Приведите структурные формулы промежуточных продуктов в следующем синтезе D,L-пролина.

1. Расшифруйте схему синтеза лейцина, приведенную ниже.

1. Расшифруйте схему синтеза аминокислоты орнитина и определите его структурную формулу.

Реакция орнитина с цианамидом (NH₂CN) в присутствии основания используется для синтеза другой аминокислоты – аргинина. Приведите механизм данной реакции.

1. Важнейшая незаменимая аминокислота лизин может быть получена по следующей схеме.

Напишите структурные формулы соединений А-Д и лизина.

1. Перспективный метод синтеза -аминокислот заключается в алкилировании основания Шиффа, получаемого из этилового эфира глицина и бензофенона.

Используйте данный метод для синтеза -аланина и изолейцина.

1. Синтетический ()-лейцин можно расщепить на оптические антиподы (L- и D-лейцин) при помощи хирального фермента ацилазы, выделенного из почек свиньи. Этот фермент избирательно катализирует гидролиз амидных связей L-аминокислот.

Предложите способ разделения конечной смеси веществ, образовавшейся после ферментативного гидролиза. Как выделить D-лейцин в чистом виде?

1. Исходя из (1R)-1-D-бензилхлорида, получите (3S)-3D-D,L-фенилаланин. Как его разделить на D- и L-формы?

1. Рацемические -аминонитрилы легко получаются синтезом Штреккера. Их энантиомерный селективный гидролиз в присутствии ферментов нитрилаз имеет большое практическое значение:

Как разделить конечную смесь веществ? Используйте предложенную схему для синтеза L-валина.

1. Разделение рацемических аминокислот можно осуществить с помощью метода селективного окислительного дезаминирования с использованием ферментов оксидаз:

Предложите способ разделения конечной смеси -амино и -оксокислот. Получите D-фенилаланин из бензилового спирта, используя данный метод разделения рацематов -аминокислот в комбинации с любым из методов синтеза, упомянутых в задаче 5.

1. Дерацемизация (R,S)-цистеина может быть осуществлена по следующей схеме.

Сначала (R,S)-цистеин (1) действием ацетона в уксусной кислоте превращают в 2,2-диметилтиазолидин-4-карбоновую кислоту (2), которую далее нагревают с R,R-винной кислотой в присутствии салицилового альдегида. При этом из раствора выкристаллизовывается соль 3, гидролиз которой приводит к (S)-цистеину. Предложите механизмы: а) образования 2,2-диметилтиазолидин-4-карбоновой кислоты (2); б) эпимеризации аминокислоты (2) в присутствии салицилового альдегида в растворе уксусной кислоты.

1. Общая качественная цветная реакция на -аминокислоты – образование соединения сине-фиолетового цвета (_max550570 нм) с нингидрином (нингидринная реакция аминокислот).

Приведите возможный механизм нингидринной реакции. Можно ли ожидать, что аммиак и первичные амины также дадут цветную реакцию с нингидрином? Прокомментируйте возможность использования данной реакции для качественного и количественного анализа смесей аминокислот, образующихся в результате деструкции пептидов.

1. С помощью каких качественных реакций можно визуально различить следующие пары аминокислот: а) цистеин и серин; б) серин и тирозин; в) саркозин и -аланин; г) -аланин и -аланин, д) пролин и триптофан.

1. Предскажите продукты следующих реакций.

1. - - и -Аминомасляные кислоты по разному ведут себя при нагревании. Предскажите результаты следующих термических реакций.

1. - и -Лактамы, содержащие напряженные трех- и четырехчленные циклы, получают специальными методами.

Обсудите механизмы приведенных реакций.

1. Приведите защитные группы для NH₂ и COOH центров аминокислот. Опишите методы их селективного введения и удаления.

1. Предложите 1-2 рациональных метода синтеза N-бензиламида L-аланина.

1. Расшифруйте следующие схемы.

Обсудите стереохимический результат данных превращений.

1. L-Глутаминовую кислоту ввели в следующую цепочку превращений.

а) Назовите соединения (1)-(3) по заместительной номенклатуре IUPAC с учетом стереохимии.

б) Приведите механизм первой стадии приведенной схемы.

1. Рацемические -аминокислоты можно получать по реакции Родионова.

Обычно в реакцию вводят алифатические, алициклические и гетероциклические альдегиды. Обсудите механизм реакции Родионова. Напишите продукты следующих реакций.

1. Интересный подход к синтезу -аминокислот заключается в гомоголизации соответствующих -аминокислот по методу Арндта-Эйстерта. Этот метод включает следующие стадии (на примере превращения фенилглицина в гомофенилглицин).

Какое строение имеют соединения А-Ж?

1. Лекарство ацемин – (натриевая соль N-ацетил--аминокапроновой кислоты) – используется для лечения ран и ожогов. Получите ацемин, исходя из 1-циклогексанона и других необходимых реагентов.

1. Витамин В₃ – D-(+)-3-(2,4-дигидрокси-3,3-диметилбутирил)--аланин (пантотеновая кислота)

Лекарственная форма – D-(+)-кальциевая соль пантотеновой кислоты. В водных растворах пантотеновая кислота устойчива в интервалах рН 5.57.0. В щелочной среде она достаточно легко гидролизуется. Какие продукты при этом образуются? Получите пантотеновую кислоту из изомасляного альдегида, формальдегида, -аланина и неорганических реагентов.

1. Дипептид А (содержит остаток L-аспарагиновой кислоты) является самым сладким из известных в настоящее время веществ.

Этот дипептид слаще сахара в 33000 раз. Для сравнения: сахарин (Б) всего в 400-500 раз слаще сахарозы. Напишите продукты полного гидролиза дипептида (А в кислой среде при нагревании.

1. Напишите структурную формулу трипептида фенилаланил-аланил-валина. Приведите сокращенное название данного трипептида. Обозначьте пептидные связи. Обозначьте N- и С-концы пептидной цепи.

1. Получите дипептид H-Phe-Ala-OH следующими методами: а) классическим пептидным синтезом; б) синтезом с использованием дициклогексилкарбодиимида; в) по методу Р. Меррифилда (твердофазный пептидный синтез); г) азидным методом; д) методом с использованием N-карбоксиангидридов аминокислот (ангидридов Лейкса).

1. На основании данных полного и неполного гидролиза следующих пептидов установите последовательность аминокислотных остатков в их молекулах.

а) Пентапептид I: Asp, Glu, His, Phe, Val и Val-Asp + Glu-His + Phe-Val + Asp-Glu

б) Гептапептид II: Сys, Gly, His (2 остатка), Leu (2 остатка), Ser и Сys-Gly-Ser + Ser-Leu-Сys + Ser-His-Leu

1. Трипептид Ala-Leu-Gly введен в следующие реакции:

Напишите полные уравнения реакций и обсудите возможность их использования для анализа пептидов неизвестного строения.

1. а) Кислотный гидролиз неизвестного пентапептида приводит к глицину, аланину, валину, лейцину и изолейцину. Нейтрализация продуктов кислотного гидролиза не сопровождается выделением аммиака. Реакция пентапептида с фенилизотиоцианатом с последующим гидролизом не приводит к образованию соответствующего фенилтиогидантоина. Обработка пентапептида карбоксипентидазой также дала отрицательный результат. Какая особенность исходного пентапептида объясняет данные наблюдения?

б) Как различить циклическую и нециклическую формы пентапептида Gly-Ala-Gly-Phe-Gly? Как получить циклическую форму данного пептида?

1. Неизвестный гептапептид имеет в своем составе следующие аминокислоты: аргинин, глицин, изолейцин, фенилаланин, пролин (2 остатка) и валин. Обработка его трипсином приводит к аргинину и соответствующему гексапептиду, а неполный кислотный гидролиз дает следующие фрагменты: Pro-Phe-Ile, Arg-Gly-Pro, Pro-Phe-Ile-Val и Pro-Pro. На основании этих данных приведите аминокислотную последовательность в исходном гептапептиде и гексапептиде, образующемся в результате его разложения трипсином.

1. а) Полный гидролиз биологически важного трипептида глутатиона приводит к смеси трех аминокислот: глицина, глутаминовой кислоты и цистеина. Обработка глутатиона литийборгидридом с последующим гидролизом дает цистеин, 2-аминоэтанол и 4-амино-5-гидроксипентановую кислоту. Использование фенилизотиоцианата (реактив Эдмана) позволяет определить глутаминовую кислоту как N-концевую аминокислоту. Предложите развернутую структурную формулу глутатиона и напишите его полное и сокращенное название.

б) Глутатион при кипячении в воде превращается в 5-оксопролин и дипептид – цистеинилглицин. Приведите механизм данного процесса.

1. Гормон вазопрессин, играющий важную роль в регулировании водного баланса в организме человека, является нонапептидом с одним дисульфидным мостиком. Полный гидролиз окисленного надмуравьиной кислотой пептида в растворе соляной кислоты с последующей нейтрализацией продуктов кислотного гидролиза приводит к 3 эквивалентам аммиака и следующим аминокислотам: аргинину, аспарагину, цистеиновой кислоте (2 эквивалента), глутаминовой кислоте, глицину, фенилаланину, пролину и тирозину. 2,4-Динитрофторбензол (реактив Сэнгера) определяет цистеиновую кислоту (1 эквивалент) как N-концевую аминокислоту в окисленном надмуравьиной кислотой исходном нонапептиде. Обработка исходного пептида трипсином дает октапептид с аргинином в качестве С-концевой аминокислоты и глицинамид. Неполный кислотный гидролиз дает следующие фрагменты: Asp-Cys[O], Phe-Glu, Сys[O]-Tyr-Phe, Glu-Asp-Cys[O] и Phe-Gly-Asp (Примечание: аббревиатура Cys[O] в данном случае обозначает остаток цистеиновой кислоты). Напишите структурную формулу вазопрессина, отвечающую приведенным данным.

1. Брадикинин – нонапептид, который образуется в крови человека после укуса осой. Брадикинин повышает кровяное давление, вызывает боль и сужение бронхов. В своем составе брадикинин имеет следующие аминокислоты: Arg (2 остатка), Gly, Phe (2 остатка), Pro (3 остатка) и Ser. 2,4-Динитрофторбензол (реагент Сэнгера) и карбоксипептидаза определяют аргинин как N- и C-концевую аминокислоту. В результате неполного кислотного гидролиза брадикинина образуются следующие ди- и трипептиды: Phe-Ser, Pro-Gly-Phe, Pro-Pro, Ser-Pro-Phe, Phe-Arg, Arg-Pro. На основании приведенных данных определите аминокислотную последовательность в молекуле брадикинина.

43. Аминокислота 1, один из четырех известных энантиомеров природной аминокислоты метанопролина. Какова, по Вашему мнению, причина (или причины) того, что для соединения с тремя хиральными центрами в природе найдены лишь четыре изомера. Какими, по Вашему мнению, они могли бы быть? Назовите их по правилам IUPAC.

44. Оптически чистый L-аланин (1) при действии азотистой кислоты, генерированной из нитрита натрия и соляной кислоты, превращается в -хлорпропионовую кислоту (2), которая почти полностью сохраняет конфигурацию исходной аминокислоты. Объясните полученный результат.

Org.Synth.Coll. Vol. 8, 119 (1993)