Тема 10. Біохімічні процеси.

ВУГЛЕВОДИ

Вуглеводи, або сахари,– речовини, склад яких звичайно виражають формулою Сх(Н2О)у, де параметри х і у більші або дорівнюють трьом. Існують, проте, вуглево­ди, склад яких не відповідає цій загальній формулі.

Відповідно до загального складу вуглеводи формально можна розглядати як сполуки вуглецю з водою. Звідси назва цих сполук, що склалася історично,– вуглеводи. В дійсності їхня будова більш складна. До складу їх молекул входять гідроксильні групи ОН, а також залишки альдегідів (Н–С=О) або кетонів (С=О), тобто вугле­води є альдегідоспиртами або кетоноспиртами.

Вуглеводи широко поширені в природі, вони входять до складу всіх рослинних і тваринних організмів. Наприклад, такі відомі природні сполуки, як звичайний цукор (сахароза), виноградний цукор (глюкоза), крохмаль, це­люлоза, належать до вуглеводів.

У рослинних організмах вуглеводи утворюються в ре­зультаті фотосинтезу, який відбувається за рахунок використання сонячної енергії з участю зеленої речовини рослин – хлорофілу. Сумарне рівняння реакцій фотосин­тезу можна подати так:

хСО2+уН2О ® Сх(Н2О)у + хО2.

Вуглеводи, що утворюються в рослинах, переходять в організм тварин з рослинною їжею. Масова частка вуглеводів у їжі людини може досягати 70%. У процесі травлення вуглеводи піддаються гідролізу і розкладанню. Кінцеві продукти розкладання вуглеводів у організмі – СО2 і вода.

Відповідно до будови вуглеводи поділяють на групи: моносахариди –найпростіші вуглеводи, олігосахариди – продукти конденсації двох або кількох молекул моносахаридів і полісахариди – продукти конденсації більшої кількості молекул моносахаридів, полімерні вуглеводи.

МОНОСАХАРИДИ  

Залежно від числа атомів Карбону в молекулі розріз­няють тріози, тетрози, пентози, гексози і т. д. Наведемо приклади таких моносахаридів:

Префікси альдо- або кето- показують, де розміщена карбонільна група: на кінці молекулярного ланцюга чи в середині його.

Найбільще значення з моносахаридів мають глюкоза і фруктоза.

Глюкоза – альдогексоза складу С6Н12О6. Вона трап­ляється у рослинних і тваринних організмах. Так, її багато в соку винограду, тому її називають виноградним цукром. Вона міститься також і в інших фруктах і яго­дах, у меду, в крові людини.  

Глюкоза – безбарвна кристалічна речовина, розчинна у воді. Вивчення хімічної будови і властивостей цього моносахариду показало, що він може існувати в різних формах: альдегідній і двох циклічних, які одночасно співіснують і можуть переходити одна в одну:

У наведених формулах циклічних структур для відображення їх просторової будови шестикутний цикл показаний розміщеним горизонтально (перпендикулярно до площини рисунка), а замісники – над або під циклом.

Явище одночасного існування кількох форм однієї речовини, які перебувають у рівновазі, називається тау­томерією. Таутомерні форми не є ізомерами, оскільки не можуть бути виділені в індивідуальному стані, а завжди співіснують разом.

Гідроксильна група біля першого атома Карбону (С1) в α- і β-формах глюкози називається глікозидною. При переході глюкози в альдегідну форму за рахунок цієї гідроксильної групи утворюється карбонільна група.

Хімічні властивості глюкози обумовлені наявністю гідроксильних і карбонільної (в альдегідній формі) груп.

1. Глюкоза як спирт вступає в реакції етерифікації з органічними кислотами, утворюючи складні ефіри, наприклад:  

2. Як альдегід, глюкоза легко окислюється. Під дією аміачного розчину оксиду срібла глюкоза вступає в реакцію срібного дзеркала, окислюючись до спиртокислоти. Глюкоза окислюється також гідроксидом Купруму (II) з утворенням червоно-коричневого оксиду Купруму (І) Сu2О. Ця реакція є якісною на глюкозу. Звичайно для її здійснення використовують реактив Фелінга: розчин СuSО4 в Натрій гідроксиді з деякими добавками.

При повному окисленні глюкоза руйнується до СО2 і води:

С6Н12О6 + 6О2 ® 6СО2 + 6Н2О.

3. Глюкоза може бути відновлена до шестиатомного спирту – сорбіту:  

4. Під дією органічних каталізаторів – ферментів – глюкоза піддається бродінню. Один з видів бродіння – спиртове бродіння, в результаті якого утворюється етиловий спирт:

С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2.

Інший вид – молочнокисле бродіння:

С6Н12О6 ® 2СН3–СНОН–СООН.

Молочна кислота

Глюкоза у великих кількостях виробляється промисловістю. Вона є цінним харчовим продуктом, лікувальним препаратом.

Ізомером глюкози є фруктоза, або фруктовий цукор. Склад цієї речовини також відповідає формулі С6Н12О6, але на відміну від глюкози фруктоза є кетоноспиртом. Фруктоза має три таутомерні форми, дві з яких – циклічні:  

Фруктоза міститься у багатьох фруктах і меду.

ОЛІГОСАХАРИДИ

Олігосахариди – продукти, побудовані з двох або кількох (до десяти) моносахаридів. Серед них най­більше значення мають дисахариди.

Найважливіший дисахарид – сахароза С12Н22О11. Її називають також буряковим або тростинним цукром, оскільки сахароза міститься в цукровому буряку і цукровій тростині.

Сахароза – безбарвна кристалічна речовина, роз­чинна у воді.

Молекули сахарози складаються з двох залишків моносахаридів – глюкози в α-формі і фруктози у формі фруктофуранози:  

Залишок глюкози сполучений із залишком фруктози за рахунок глікозидного гідроксилу, тому залишок глюко­зи перебуває тільки в циклічній формі. В результаті на відміну від глюкози сахароза не вступає в реакції, типові для альдегідів.

Характерною властивістю сахарози (і взагалі всіх олігосахаридів) є здатність їх гідролізуватися при наявності кислот з утворенням двох моносахаридів:

С12Н22О11 + Н2О ® С6Н12О6 + С6Н12О6.

Глюкоза Фруктоза

Сахароза є важливим харчовим продуктом. У великих кількостях її добувають із цукрового буряка і цукрової тростини.

ПОЛІСАХАРИДИ

Полісахариди – продукти конденсації великої кількості молекул моносахаридів. Найважливішими при­родними полісахаридами є крохмаль і целюлоза.

Крохмаль. Крохмаль міститься у багатьох рослинах. Його багато в зернових культурах (рисі, кукурудзі, пшениці) і в картоплі, з якої крохмаль звичайно добувають у промисловості. У рослинах крохмаль утворюється в ре­зультаті фотосинтезу.

За зовнішнім виглядом крохмаль – білий порошок. У воді не розчинний. У гарячій воді крохмаль набрякає і утворює клейстер, який є колоїдним (не істинним) розчином.

Крохмаль – це суміш двох полісахаридів однакового складу (С6Н10О5)n –амілози і амілопектину.

Амілоза – лінійний полімер, що складається із залишків глюкози в α-формі:  

Амілопектин також побудований із залишків α-глюкози, проте ці залишки сполучаються іншим спосо­бом, утворюючи розгалужену структуру.

Масова частка амілози в крохмалі звичайно становить 10–20 %, амілопектину – 80–90 %.

З будови макромолекул амілози видно, що в крохмалі немає карбонільних груп, тому він не ви­являє хімічних властивостей, типових для альдегідів і кетонїв.

Для крохмалю (і для всіх полісахаридів) характерний гідроліз. При частковому гідролізі крохмалю утворюються декстрини – полісахариди складу (С6Н10О5)n, молекулярна маса яких менша, ніж крохмалю. Декстрини утворюються також під час термічної обробки крохмалю. В результаті повного гідролізу крохмалю утворюється глюкоза:

(С6Н10О5)n + nН2О ® nС6Н12О6.

Повний гідроліз крохмалю здійснюється при наявності кислот.

Гідроліз крохмалю до глюкози відбувається в процесі травлення. Глюкоза всмоктується кишками, поступає в кров і накопичується в печінці, перетворюючись там на тваринний полісахарид – глікоген. Вуглеводи з печінки йдуть на живлення всіх тканин організму.

Специфічною реакцією є взаємодія з йодом. При цьому крохмаль утворює сполуку, що має темно-синє забарвлення. Цю реакцію використовують для якісного визначення крохмалю і йоду.

Крохмаль використовується в харчовій промисловості. З нього добувають глюкозу, декстрини і патоку – продукт неповного гідролізу крохмалю (суміш глюкози і декстри­нів).

Целюлоза. Целюлоза входить до складу багатьох рос­линних організмів. Волокна бавовнику складаються в основному з целюлози (її масова частка 98%). Целюлоза становить приблизно половину маси деревини, утворюючи оболонку рослинних клітин. У траві і листі дерев міститься 10–25 % целюлози.

Природна целюлоза – тверда біла волокниста речовина. У воді практично не розчинна. Целюлоза складається із структурних залишків β-глюкози, сполучених у лінійні макромолекули:  

Склад целюлози передається такою самою формулою, як і крохмалю, (С6Н10О5)n.

Целюлоза піддається гідролізу при нагріванні з розчинами неорганічних кислот:

(С6Н10О5)n + nН2О ® nС6Н12О6.

Як і при гідролізі крохмалю, кінцевий продукт гідролізу целюлози – глюкоза.

До складу кожної структурної ланки целюлози входять три гідроксильні групи, тому целюлоза може давати складні ефіри з органічними і неорганічними кислотами. Приклади ефірів целюлози з оцтовою і азотною кислотами:  

Целюлоза добре горить, утворюючи СО2 і воду. Під час термічної обробки целюлози без доступу повітря утворю­ються деревне вугілля, вода і ряд органічних речовин, наприклад метанол, ацетон, оцтова кислота.<

Целюлоза має різноманітне застосування. У вигляді деревини вона є важливим будівельним матеріалом. У свою чергу, з деревини виділяють целюлозу, що йде на виробництво паперу і картону. З целюлози бавовнику та льону виробляють нитки і тканини.

Ефір оцтової кислоти (триацетат) застосовують у ви­робництві кіноплівки та електроізоляційної плівки. Крім того, з цього поліефіру виробляють ацетатне волок­но – важливий текстильний матеріал. З целюлози добува­ють і інші штучні волокна – віскозне та мідно-аміачне. При добуванні цих волокон целюлозу спочатку переводять у розчинну сполуку, а потім регенерують. Тому волокна обох цих видів – чиста целюлоза.

Широке застосування мають ефіри целюлози з азотною кислотою. Тринітрат целюлози – вибухова речовина, за­стосовується у виробництві пороху. Суміш моно- і динітратів целюлози використовують у виробництві целулоїду, лаків, вибухових речовин.

Гідролізом целюлози в промисловості виробляють глюкозу, бродінням якої добувають етиловий спирт.

АЗОТОВМІСНІ ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ

НІТРОСПОЛУКИ

Нітросполуками називаються органічні речовини, в молекулах яких нітрогрупа NО2 сполучена з вугле­водневим радикалом. Загальну формулу нітросполук мож­на записати у вигляді R–NО2, де R – вуглеводневий радикал (насичений, ненасичений, ароматичний). Нітросполуки можуть містити кілька нітрогруп.

Назву нітросполуки будують з назви відповідного вуглеводню з префіксом нітро-. Приклади нітросполук:  

Нітропохідні нижчих алканів – це безбарвні рідини. Вищі нітроалкани – тверді кристалічні речовини.

Важлива хімічна властивість нітросполук – їх здатність бути окислювачами (тобто відновлюватися). Так, під час гідрування нітросполук утворюються аміни:

С3Н7–NО2 + 3Н2 ® С3Н7–NН2 + 3Н2О.

Загальним методом добування нітросполук є реакція нітрування, наприклад:  

Інший спосіб добування заснований на взаємодії галогенопохідних вуглеводнів з Аргентум нітритом АgNО2, наприклад:  

Нижче розглядаються деякі представники класу органічних нітросполук.

Нітрометан СН3NО2 – це безбарвна рідина, обмежено розчинна у воді. Нітрометан добувають нітруванням пропану в газовій фазі при високій температурі. При цьому відбувається деструкція вуглецевого ланцюга, Нітрометан, що утворюється, виділяють із суміші нітросполук.

Нітрометан добре розчиняє багато органічних речовин, у тому числі жири і воски, тому використовується як роз­чинник. Його використовують також як добавку до ракет­ного палива та як сировину для синтезу інших органічних сполук.

Нітробензол С6Н6NО2 – безбарвна отруйна рідина, мало розчинна у воді. Застосовується як розчинник та як вихідна сировина для добування аніліну та інших азотовмісних речовин.

2,4,6-Тринітротолуол – безбарвна кристалічна речовина. Його добувають нітруванням толуолу сумішшю азотної і сірчаної кислот:

Нітротолуол називають також тротилом, або толом. Він є однією з найважливіших вибухових речовин, яка вибухає тільки від детонації (вибуху іншої речовини – детонатора).

АМІНИ

Амінами називаються органічні похідні аміаку, в якому один, два або всі три атоми Гідрогену заміщені на вуглеводневі радикали (насичені, ненасичені, ароматичні).

Назви амінів будують з назви вуглеводневого радикала з додаванням закінчення -амін або з назви відповідного вуглеводню з префіксом аміно-. Приклади:  

Залежно від числа атомів водню, заміщених в аміаку на вуглеводневі радикали, розрізняють первинні, вторинні і третинні аміни:  

де R, R', R" – вуглеводневі радикали.

Первинні, вторинні і третинні аміни можна добути, здійснивши алкілування (введення алкільного радикала) аміаку. При цьому відбувається поступове заміщення атомів водню аміаку на радикали і утворюється суміш амінів:<

NН3 + СН3І ®СН3NН2 + НІ;

СН3NН2 + СН3І ® (СН3)2NН + НІ;

(СН3)2NН + СН3І ® (СН3)3N + НІ.

Звичайно в суміші амінів переважає один з них залежно від співвідношення вихідних речовин.

Для добування вторинних і третинних амінів можна використати реакцію амінів з галогеналкілами:

(СН3)2NН + С2Н5Вr ® (СН3)2NС2Н5 + НВr.

Аміни можна добути також відновленням нітросполук. Цей метод використовують у промисловості для добу­вання ароматичних амінів.

Насичені аміни. За звичайних умов метиламін СН3NН2, диметиламін (СН3)2NН, триметиламін (СН3)3N та етиламін С2Н5NН2 – гази з запахом, який нагадує запах аміаку. Ці аміни добре розчиняються у воді. Складніші аміни –рідини, вищі аміни – тверді речовини.

Для амінів характерні реакції приєднання, в результа­ті яких утворюються алкіламонійні солі. Наприк­лад, аміни приєднують галогеноводні:

С2Н5NН2 + НСl ® [С2Н5NН3]Сl,

Хлорид етиламонію

(СН3)2NН + НВr ® [(СН3)2NН2]Вr;

Бромід диметиламонію

(СН3)3N + НІ ® [(СН3)3NН]І

Йодид трнметиламонію

Алкіламонійні солі розчинні у воді і в деяких органічних розчинниках. При цьому вони дисоціюють на іони:

[(С2Н5)4N]І ↔ [(С2Н5)4N]+ + І–.

В результаті водні і неводні розчини цих солей проводять електричний струм.

Як і аміак, у водних розчинах аміни виявляють власти­вості основ. У їх розчинах з'являються гідроксид-іони за рахунок утворення алкіламонійних основ:

С2Н5NН2 + Н2О ↔ [С2Н5NН3]+ + ОН–.

Лужну реакцію розчинів амінів можна виявити за допомогою індикаторів.

Аміни горять на повітрі з виділенням СО2, азоту і води, наприклад:

4(С2Н5)2NН + 27О2 ® 16СО2 + 2N2 + 22Н2О.

Первинні, вторинні і третинні аміни можна розрізнити, використовуючи азотисту кислоту НNО2. Під час взаємодії цієї кислоти з первинними амінами утворюється спирт і виділяється азот:

СН3–NН2 + НNО2 ® СН3–ОН + N2 + Н2О.

Вторинні аміни дають з азотистою кислотою нітрозо-сполуки, які мають характерний запах:

СНз–МН–СН3 + НNО2 ®(СН3)2–N=NО + Н2О.

Третинні аміни не реагують з азотистою кислотою.

Анілін

С6Н5NН2 є найважливішим ароматичним аміном. Це безбарвна оліїста рідина, яка кипить при темпера­турі 184,4 °С.

Анілін був уперше добутий у XIX ст. російським хімі­ком-органіком М.М.Зініним, який використав реакцію відновлення нітробензолу сульфідом амонію (NН4)2S. У промисловості анілін добувають каталітичним гідруван­ням нітробензолу з використанням мідного каталізатора:

С6Н5–NО2 + 3Н2 –® С6Н5–NН2 + 2Н2О.

За хімічними властивостями анілін багато в чому аналогічний насиченим амінам, однак порівняно з ними є більш слабкою основою. Анілін утворює солі лише з сильними кислотами. Наприклад, з хлороводневою кислотою він утворює хлорид феніламонію:

С6Н5NН2 + НСl ® [С6Н5NН3]Сl.

Деякі особливі властивості аніліну обумовлені наявністю в його молекулі ароматичного ядра. Так, анілін легко взаємодіє в розчинах з хлором і бромом, при цьому від­бувається заміщення атомів Гідрогену в бензольному ядрі, які перебувають в орто- і пара- положеннях відносно аміногрупи:  

Анілін використовують у хімічній промисловості для синтезу багатьох органічних сполук, у тому числі барвників і ліків.

ДІАМІНИ

Діаміни – органічні сполуки, що містять у молекулі дві аміногрупи. Назви діамінів будують аналогічно назвам амінів, але з додаванням закінчення
-діамін. Приклади:  

Діаміни добувають звичайно за реакцією дихлорпохідних алканів з аміаком:  

За хімічними властивостями діаміни аналогічні насиченим амінам, причому в реакціях можуть брати участь одночасно дві аміногрупи. Наприклад, діаміни утворюють солі з участю обох міногруп:

Н2N–СН2–СН2NН2 + 2НСl ®[Н3N–СН2–СН2–NН3]Сl2.

Нижче розглядаються деякі діаміни, які використовуються в промисловості.

ЕтилендіамінН2N–СН2–СН2–NН2 – безбарвна рідина, розчинна у воді. Утворює комплексні сполуки з багатьма металами, виступаючи в ролі ліганда, наприклад:  

Етилендіамін застосовують як пестицид для боротьби з комахами, для синтезу інших органічних сполук.

Гексаметилендіамін, або 1,6-діаміногексан, Н2N–(СН2)6–NН2 – безбарвна тверда речови.на. У про­мисловості його добувають з адипінової кислоти. Гексаметилендіамін застосовують у синтезі полімерів. Цей амін утворює сіль з адипіновою кислотою, яка при підвищеній температурі і під тиском зазнає поліконденсації:

Н2N–(СН2)6–NН2 + НООС–(СН2)4–СООН ®

®Н2N–(СН2)6–NН2·НООС–(СН2)4–СООН;

nН2N–(СН2)6–NН2·НООС–(СН2)4–СООН ® ® [–NН–(СН2)6–NН–СО–(СН2)4–СО]n + 2nН2О.

З добутого полімеру виробляють синтетичне волокно – найлон, а також виготовляють плівку та інші вироби.

АМІДИ КИСЛОТ

Аміди – азотовмісні похідні карбонових кислот, у яких гідроксил у карбонільній групі заміщений на аміногрупу NН2. Загальна формула амідів кислот  

Приклади амідів мурашиної, оцтової та пропіонової кислот:  

Найпростішим способом добування амідів є нагрівання амонійних солей карбонових кислот, наприклад:  

У розчинах кислот і лугів аміди гідролізуються, утворюючи кислоти або їхні солі, наприклад:  

Розглянемо деякі найважливіші аміди.

Формамід Н–СО–NН2 – це безбарвна рідина, яка є дуже добрим розчинником неорганічних і органічних речовин. Як розчинник застосовують також похідну формаміду –N,N-диметилформамід:  

У розчинах формаміду і диметилформаміду проводять полімеризацію багатьох ненасичених сполук.

Карбамід, або сечовина, є діамідом вугільної кислоти, його формула має вигляд  

Це безбарвна кристалічна речовина, добре розчинна у воді.

Під час нагрівання з розчинами кислот або лугів карбамід гідролізується:  

Карбамід взаємодіє із спиртами, утворюючи уретани. Наприклад, з етанолом утворюється етилуретан:  

У промисловості карбамід добувають нагріванням аміаку з Карбон (IV) оксидом при підвищеному тиску:

СО2 + 2NН3 ® СО(NН2)2 + Н2О,

Сечовина є цінним азотним добривом, її також додають у корм худобі.

Сечовину використовують для добування пластмас – амінопластів шляхом сумісної поліконденсації з формальдегідом. Приблизна будова амінопластів:  

З уретанів добувають поліуретани, які використовують для виробництва пластмас, еластомерів, клеїв, герметизуючих речовин.

НІТРИЛИ

Нітрили, або ціаніди,– органічні сполуки складу R–С ºN, де R – вуглеводневий радикал (аліфатичний або ароматичний). Нітрили належать до похідних карбоно­вих кислот, від яких і отримують назви. Приклади нітрилів оцтової, акрилової та бензойної кислот:

СН3–СºN; СН2=СН–СºN; С6Н5–СºN.

Ацетонітрил Акрилонітрил Бензонітрил

Нітрилом мурашиної кислоти можна вважати синильну (ціановодневу) кислоту НСN.

Найпростіші нітрили – безбарвні рідини. Вони є добри­ми розчинниками органічних речовин.

Нітрили гідролізуються при наявності кислот або лугів, утворюючи аміди кислот або кислоти, наприклад:

СН3СN + Н2О ®СН3СОNН2,

або

СН3СN + 2Н2О ® СН3СООН + NН3.

Каталітичним гідруванням нітрилів можна добути аміни (первинні):

СН3–СºN + 2Н2 ® СН3–СН2–NН2.

Для добування нітрилів звичайно використовують реакцію між галогенопохідними вуглеводнів і ціанідом калію КСN або натрію NаСN:

СН3І + КСN ® СН3СN + КІ.

Як вихідну речовину для синтезу нітрилів можна використовувати аміди кислот, які віддають воду під дією водовідбирних речовин, наприклад Р2О5:  

Нижче розглядаються найважливіші нітрили.

Ацетонітрил СН3СN – безбарвна рідина з приємним запахом. Отруйний, проте токсичність його менша, ніж токсичність синильної кислоти НСN та її солей.

Ацетонітрил добре розчиняє багато неорганічних і органічних речовин, полімери, тому його використовують як розчинник. Ацетонітрил застосовують також для розділення деяких органічних речовин методом екстракції.

Акрилонітрил СН2=СН–СN – нітрил акрилової кислоти. Це безбарвна рідина, розчиняється у воді. У промисловості акрилонітрил добувають у великих кількостях окислювальним амонолізом (дія аміаку і кисню) пропілену:

2СН2=СН–СНз + 2NН3 + 3О2 ® 2СН2=СН–СN + 6Н2О.

Менше значення має метод, заснований на приєднанні синильної кислоти до ацетилену:

СН=СН + НСN ® СН2=СН–СN.

Акрилонітрил – важливий мономер у синтезі багатьох полімерів. Полімеризацією його добувають поліакрилонітрил:  

з якого виробляють синтетичне волокно нітрон. З цього волокна виготовляють синтетичні трикотажні тканини, хутра.

Важливе практичне значення мають різні співполімери акрилонітрилу: зі стиролом, метилметакрилатом, бутадієном. Співполімеризацією акрилонітрилу з бута­дієном-1,3 добувають бутадієн-нітрильний каучук, до складу якого входить 20–40 % акрилонітрилу. З цих каучуків добувають стійку проти спрацювання та теплостійку гуму.

АМІНОКИСЛОТИ

Амінокислоти – це органічні сполуки, до складу яких входять дві функціональні групи: карбоксильна –СООН і аміногрупа –NН2.

Назви амінокислот за замісниковою номенклатурою будують з назви кислоти з префіксом аміно-; положення аміногрупи зазначають цифрою звичайно прийнятим способом. Приклади:  

Для амінокислот широко поширені раціональні назви. При побудові таких назв вуглецеві атоми молекулярного ланцюга позначають грецькими літерами (α, β, γ, δ...), по­чинаючи з атома Карбону, сполученого з СООН-групою. Побудову таких назв можна спостерігати з таких прикладів:  

Є амінокислоти, що містять дві або кілька аміногруп і карбоксильних груп, наприклад:  

Властивості. Амінокислоти являють собою кристалічні речовини. Більшість амінокислот добре розчинні у воді.

Особливості хімічних властивостей цих сполук обумовлені одночасною наявністю в молекулах двох функціональних груп.

1. Утворення внутрішніх солей. Карбоксильна група, що входить до складу амінокислот, має кислотні властивості (може відщеплювати протон), аміногрупа – основні властивості (може приєднувати протон). За рахунок взаємодії цих двох груп амінокислоти можуть утворювати внутрішні солі, наприклад:  

Ця властивість амінокислот пояснює причину відсутності кислої або лужної реакції розчинів цих сполук.

2. Утворення солей з лугами або кислотами. Амінокислотам властива амфотерність; вони можуть реагувати як з лугами, так і з неорганічними кислотамит утворюючи солі.

Наприклад, амінооцтова кислота дає з лугами сіль, типову для кислот (заміна Гідрогену в гідроксильній групі на катіони металу), а в реакції з кислотою утворюється алкіламонійна сіль, характерна для амінів:  

3. Утворення складних ефірів. Зі спиртами амінокислоти, як усі карбонові кислоти, утворюють складні ефіри, наприклад:

Н2N–СН2–СООН + С2Н5ОН ® Н2N–СН2–СОО–С2Н5.

4. Декарбоксилування. Під час нагрівання амінокислот відбувається втрата ними карбоксильної групи і утворюються аміни:

Н2N–СН2–СООН ® Н2N–СН3 + СО2.

5. Алкілування амінокислот. Як і аміни, амінокислоти можуть взаємодіяти з галогенопохідними вуглеводнів з поступовим заміщенням атомів Гідрогену в NН2-групі на алкільний адикал:

Н2N–СН2–СООН + СН3Сl ® СН3NН–СН2–СООН + НСl;

СН3NН–СН2–СООН + СН3Сl ® (СН3)2N–СН2–СООН + НСl.

6. Утворення пептидів. α-Амінокислоти можуть сполучатися одна з одною в результаті взаємодії карбоксильної групи і аміногрупи окремих молекул, наприклад:

Н2N–СН2–СООН + Н2N–СН2–СООН ®

® Н2N–СН2–СО–NН–СН2–СООН + Н2О.

Сполука, яка утворюється, називається пептидом. Розрізняють дипептиди (молекула складається з двох за­лишків амінокислот), трипептиди (з трьох залишків аміно­кислот) і т. д., поліпептиди. Групу –СО–NН– називають пептидною.

Амінокислоти білків. Як було зазначено вище, деякі амі­нокислоти можна добути з природних сполук – білків. Таких амінокислот понад двадцять, усі вони є α-амінокислотами. Найважливіші амінокислоти білків наведені в табл.6.

Добування і застосування. Амінокислоти добувають дією аміаку на галогенозаміщені карбонові кислоти, наприклад:  

Амінокислоти вділяються також під час гідролізу природних сполук – білків.<

Велике промислове значення має 6-аміногексанова кислота
Н2N–(СН2)5–СООН, з якої виробляють важливий синтетичний полімер – капрон. Вихідна сировина для добування капрону – капролактам, який являє собою внутрішній амід цієї кислоти:  

Таблиця 6. Деякі амінокислоти білків  

Під час полімеризації капролактаму утворюється поліамід складу [–NН–(СН2)5–СО–]n. Цей полімер розплавляють і пропускають крізь отвори (фільєри) для витягування волокон. Капронове волокно має високу міцність. З капрону виготовляють також плівку, деталі механізмів, електроізолятори.

Поліконденсацією ω-аміноенантової кислоти Н2N–(СН2)6–СООН добувають інший синтетичний поліамід – енант – [–NН–(СН2)6–СО–]n , який за властивостями аналогічний капрону.

α-Амінокислоти білків необхідні людині і тваринам для синтезу білків у організмі. Ці речовини обов'язково входять до складу харчових продуктів. Багато аміно­кислот міститься в лікарських препаратах.

БІЛКИ

Білками називають природні полімерні речовини, які складаються із залишків α-амінокислот (табл.6). Амінокислоти в білках сполучені пептиднимі зв'язками С–N. Структуру ланцюга такого білкового полімеру можна подати так:  

де R, R', R" – бічні радикали однакових або різних α-амі­нокислот.

Число залишків амінокислот, які входять до пептидного ланцюга, буває дуже значним, тому відносні молекулярні маси білків можуть досягати кількох мільйонів.

До поширених білків належать альбумін (міститься в курячих яйцях), гемоглобін (у крові людини), казеїн (у коров'ячому молоці), міоглобін та міозин (у м'язах). Білки є одними з найважливіших біологічних речовин: вони необхідні для життєдіяльності організмів.

Серед білків виділяють прості білки, або протеїни, пептидні ланцюги яких створюються тільки α-амінокислотами, і складні білки, або протеїди, які скла­даються із залишків α-амінокислот та небілкових речовин.

Структура білка. Сучасні експериментальні методи дали змогу встановити структуру природних білків. Розрізняють первинну, вторинну, третинну і четвертинну структури білка.  

Первинна структура білка – це структура пептидного ланцюга, тобто амінокислотний склад і послі­довність черговості залишків амінокислот у ланцюгу білкової молекули. Пептидний ланцюг має певну просторову форму, яка становить вторинну структуру білка. У природних білках пептидний ланцюг має форму спіралі, звичайно її називають α-спіраллю. Спіралеподібна форма молекули зберігається за рахунок виникнення водневих зв'язків між атомами Гідрогену і Оксигену в пептидній групі, які розміщуються між витками спіралі (рис.1).

У свою чергу, α-спіраль може займати певне положення в просторі, яке визначає третинну структуру білка. На рис.2 показаний фрагмент просторового розміщення спіралеподібної молекули одного з білків. Таке положення білкової молекули також пов'язане з наявністю водневих зв'язків. Білкові молекули, які мають певне просторове розміщення (третинну структуру), називають глобулами.

Під четвертинною структурою білка розу­міють просторове розташування самих глобул.

Свою біологічну функцію білки виконують при умові, що зберігаються вторинна і третинна структури. Руйнування третинної і вторинної структур називається дена­турацією білка. При денатурації зберігається тільки первинна структура білка, тобто пептидний ланцюг. Дена­турацію білків може викликати дія хімічних речовин (кислот, лугів, спиртів, ацетону), нагрівання, підвищений тиск, радіоактивне опромінення.

Хімічні властивості. Важливою властивістю білків є здатність їх до гідролізу під дією кислот або біологічно активних речовин – ферментів. В результаті гідролізу руйнуються пептидні ланцюги білків і утворюється суміш
α-амінокислот. Під час гідролізу протеїдів крім амінокислот утворюються і інші речовини.

Для білків характерні кольорові реакції, за допомогою яких здійснюють якісний хімічний аналіз білків:

а) біуретова реакція – дія на білок розчину лугу і розчину Купрум (ІІ) сульфату, при цьому розчин набуває фіолетового забарвлення;

б) ксантопротеїнова реакція (для білків, що містять бензольні ядра) – дія концентрованої азотної кислоти з появою жовтого забарвлення. При добавлянні лугу жовте забарвлення змінюється на оранжеве;

в) цистеїнова реакція (для білків, що містять сірку) – кип'ятіння розчину білка з Плюмбум (II) ацетатом з появою чорного забарвлення;

Добування і застосування. Білки виділяють переважно з рослин і тварин. Ведуться роботи з штучного добування білкових речовин. Так, синтезовані білки інсулін і рибонуклеаза.

Білки є необхідним компонентом харчових продуктів. У процесі приготування їжі (кип'ятіння, смаження тощо) вони звичайно денатуруються: в такому вигляді вони легше перетравлюються. Білки, які людина вживає з їжею, зазнають гідролізу. Амінокислоти, що утворилися, йдуть на побудову білків організму.

Білки входять до складу багатьох лікарських препаратів.