Кислотно-основные свойства аминокислот

Аминокислоты – амфотерные вещества, которые могут существовать в виде катионов или анионов. Это свойство объясняется наличием как кислотной (–СО₂Н), так и основной (–NH₂) группы в одной и той же молекуле.

В очень кислых растворах NH₂-гpyппa аминокислоты протонируется, и эта кислота становится катионом. В сильнощелочных растворах карбоксильная группа аминокислоты депротонируется и кислота превращается в анион.

В твердом состоянии аминокислоты существуют в виде цвиттер-ионов (известных также под названием диполярных ионов или внутренних солей). В подобных цвиттер-ионах протон переносится от карбоксильной группы к аминогруппе.

Если поместить аминокислоту в среду, обладающую проводимостью, и опустить туда пару электродов, то в кислых растворах аминокислота будет мигрировать к катоду, а в щелочных растворах – к аноду. При некотором значении рН, характерном для данной аминокислоты, она не будет передвигаться ни к катоду, пи к аноду, так как каждая молекула находится в виде цвиттер-иона (иными словами, она несет как положительный, так и отрицательный заряды). Это значение рН называется изоэлектрической точкой (pI) данной аминокислоты (таблица 2). Изоэлектрическая точка аминокислот редко равна 7, так как зависит от кислотности иона алкиламмония, оснoвности карбоксилат-аниона, влияния на них радикала и присутствия любой дополнительной основной или кислотной группы.

При пропускании постоянного тока через раствор, содержащий смесь нескольких аминокислот, каждая из них будет двигаться к катоду или аноду со скоростью, зависящей от природы этой аминокислоты и от рН среды. Разделение и анализ смесей аминокислот, oснованные на этом явлении, называются электрофорезом.

2. Аминокислоты как биполярные ионы. Хотя аминокислоты обычно изображают как соединения, содержащие амино- и карбоксильную группу H₂NCHRCOOH, некоторые их свойства, как физические, так и химические, не согласуются с этой структурой:

· в противоположность аминам и карбоновым кислотам аминокислоты представляют собой нелетучие кристаллические вещества, плавящиеся с разложением при довольно высокой температуре;

· они не растворимы в неполярных растворителях типа петролейного эфира, бензола или эфира и заметно растворимы в воде;

· их водные растворы ведут себя подобно растворам веществ с высоким дипольным моментом;

· константы кислотности и основности для групп СООН и NH₂ необычайно малы.

Все эти свойства вполне соответствуют структуре диполярного иона для аминокислот H₃N⁺–CHR–COO^–. Физические свойства – температура плавления, растворимость, высокие дипольные моменты – отвечают ожидаемым для подобных солей. Кислотно-основные свойства также становятся понятными, если учесть, что измеряемая К_а в действительности относится к кислотности иона аммония RNH₃⁺

а К_b в действительности относится к основности карбоксилат-иона

В водном растворе кислотность и основность кислоты и ее сопряженного основания (например, СН₃СООН и СН₃СОО^– или СH₃NH₃⁺ и CH₃NH₂) связаны уравнением К_а·К_b = 10^-14. На этом основании можно рассчитать, что К_а = 1,6×10^–10 для NH₃⁺-группы глицина означает К_b = 6,3×·10^-5для NН₂-группы, что кажется вполне приемлемой величиной для алифатического амина. Аналогично К_b = 2,5×10^–12 для группы СОО^– глицина означает, что К_а = 4×10^–3 для СООН-группы, что кажется вполне приемлемой величиной для карбоновой кислоты, содержащей сильную электроноакцепторную (увеличивающую кислотность) NH₃⁺-гpyппy.

При подщелачивании раствора аминокислоты диполярный ион I превращается в анион II; более сильное основание, гидроксил-ион, отрывает протон от иона аммония и вытесняет более слабое основание — амин

Если подкислить раствор аминокислоты, то диполярный ион I превращается в катион III; более сильная кислота Н₃О⁺ отдает протон карбоксилат-иону и вытесняет более слабую карбоновую кислоту

Итак, кислой группой в простых аминокислотах типа глицина является не СООН^–, a NH₃-гpyппa, а основной — не NH₂-гpyппa, а группа COО^–.

Необходимо иметь в виду, что ионы II и III, содержащие свободную NH₂- или СООН-группу, находятся в равновесии с диполярным ионом I; поэтому аминокислоты вступают в реакции, характерные для аминов и карбоновых кислот. По мере удаления иона II, например при реакции с бензоилхлоридом, равновесие сдвигается в сторону образования иона II, так что постепенно аминокислота полностью бензоилируется.

В тех случаях, когда это возможно, желаемую реакцию можно ускорить, создавая нужную концентрацию кислоты или основания в растворе так, чтобы увеличить концентрацию реакционноспособной частицы.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 276; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!