课件：二二四节氨基酸的离解性质合成及应用.ppt

2.2 氨基酸的离解行为,1、 两性离子 有机盐 氨基酸是结晶固体 ，通常200-350分解 或者融化，有机溶剂中不溶解，存在晶格 质子化的氨基、离解状态的羧基,两性离子或双极性离子 氨基酸可以看作有机盐。氨基酸中，羧基离解出质子与氨基质子化在同一个分子里形成内盐(inner salt)的结构。,在溶液中氨基酸有两种可能存在途径,2、等电点 isoelectric point,在溶液中，某一特定pH值时，氨基酸中正负电荷相等，静电荷为零，此pH值成为氨基酸的等电点。,-氨基酸的酸碱性 -氨基酸为两性化合物，能与酸或碱生成盐，例如：,甘氨酸盐酸盐的滴定曲线图为：,图1 甘氨酸盐酸盐的滴定曲线,甘氨酸盐酸盐是一种二元酸，其中CO2H和NH3+上的氢都可以电离，因此，甘氨酸盐酸盐溶液用碱滴定时，得到两个pKa值： pKa1=2.34，pKa2=9.60。当碱开始滴加时，碱从H3N+CH2CO2H中接受一个H+，由于羧酸RCO2H的pKa值约为5，而盐酸盐 RNH3+ 的pKa约为9，因此，碱先从CO2H接受一个H+，再从NH3+接受另一个H+，甘氨酸盐酸盐的电离平衡可表示为：,等电点,碱量继续增加，即从NH3+上接受H+，到碱为1.5mol时，H3N+CH2CO2-的一半被中和，这时，H3N+CH2CO2- H2NCH2CO2-，pH值正好=pKa2,碱量=0.5mol时，H3N+CH2CO2H的一半被中和，这时，H3N+CH2CO2H H3N+CH2CO2-，pH值正好=pKa1,碱达到2.0摩尔时，甘氨酸全部转变为它的共轭碱，H2NCH2CO2-,碱量为1.0mol时，两性离子的浓度H3N+CH2CO2-达到极大，由于分子的净电荷为零，称为等电点。氨基酸在等电点的溶解度达到极小值,图1 甘氨酸盐酸盐的滴定曲线,在滴定过程中，碱的量逐渐增加，到0.5摩尔时，H3N+CH2CO2H的一半被中和，这时， H3N+CH2CO2H H3N+CH2CO2-，溶液的pH值正好等于pKa1；碱的量为1.0摩尔时，溶液中甘氨酸两性离子的浓度H3N+CH2CO2-达到极大值，由于分子的净电荷为零，故称为等电点。氨基酸在等电点的溶解度达到极小值。碱的量继续增加，即从NH3+上接受质子，到碱为1.5摩尔时，H3N+CH2CO2-的一半被中和，这时， H3N+CH2CO2- H2NCH2CO2-，溶液的 pH值正好等于pKa2；碱达到2.0摩尔时，甘氨酸全部转变为它的共轭碱，H2NCH2CO2-。 -氨基酸的溶解度和pK值见表 2,表2 -氨基酸的溶解度和pK值,从表可见：只含有一个氨基和一个羧基其 pK1和pK2值大致相近，其 pH值与( pK1 + pK2)/2相近，都略偏酸性。 在天冬氨酸和谷氨酸中，还有第二个羧基，其 pK值分别为：,在赖氨酸中还有第二个氨基，离羧基较远的氨基可能碱性较强，其两性离子的结构可能为：,精氨酸含有强碱性的胍基NHC(=NH)NH2，其两性离子的结构应为：,酪氨酸中酚羟基的pKa值为10.07，半胱氨酸中巯基的pKa值为10.28，组氨酸中咪唑环的pKa 值为6.00。,（1）烷基化反应,N很好的亲核试剂,亲核取代反应反应,1-氨基参与的反应,2.3 氨基酸化学反应,用途：是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法,2，4-二硝基氟苯,生成席夫碱的反应,用途：是多种酶促反应的中间过程。,席夫碱主要是指含有亚胺或甲亚胺特性基团（RC=N）的一类有机化合物，通常希夫碱是由胺和活性羰基缩合而成。,（2）酰化反应,用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。,多肽合成,（3）与甲醛发生羟甲基化反应,用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。 即氨基酸的甲醛滴定,（4）与亚硝酸反应,用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。,（5）脱氨基和转氨基反应,用途：酶催化的反应。,产物：酮酸 游离氨,2019/8/30,21,可编辑,氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基酸的碱金属盐能溶于水,而重金属盐则不溶于水。,2 -羧基参与的反应,（1）成盐反应,1,（2）形成酯的反应,用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。,（3）脱羧基,3侧链基团的化学性质,(1) 巯基（-SH）的性质,硫原子发生亲和取代反应,作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。,作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂。,胱氨酸,作用：可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。,硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB),（2）羟基的性质,作用：可用于修饰蛋白质。,二异丙基氟磷酸酯,（3）咪唑基的性质,组氨酸含有咪唑基，它的pK2值为6.0，在生理条件下具有缓冲作用。 组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。可以与ATP发生磷酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。 组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或丧失,（4）甲硫基的性质,2.4 氨基酸的合成与应用,目前氨基酸的合成方法有5种： （1）直接发酵法； （2）添加前体发酵法； （3）酶法； （4）化学合成法； （5）蛋白质水解提取法。 通常将直接发酵法和添加前体发酵法统称为发酵法。,1、- 卤代酸的氨化此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化,常用盖伯瑞尔法代替,2由丙二酸酯法合成,3、斯瑞克（Strecker）法,醛在氨存在下加氢氰酸生成-氨基腈，后 者水解生成-氨基酸 例如,应用,1、医药工业 （1）氨基酸输液 （2）必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 （3）半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。,治疗药剂,（1）精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果； （2）天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。 （3）半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等； （4）组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。,2、化学工业,（1）维生素B6:可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。 （2）叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。 （3）氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基-L-赖氨酰-L-赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰-L-精氨酸乙酯盐酸等具有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。 （4）聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮革的表面处理剂；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯与磷酸高级烷基酯结合得到化合物可作为可塑剂，稳定剂等。,3、食品工业,营养强化剂； 谷氨酸钠味精； 天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口； 天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素APM,4、农业,（1）杀虫剂：刀豆氨酸、5-羟色氨酸可使南方毛虫拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀螨效果； （2）杀菌剂：N-月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病；-1，4环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等； （3）除草剂：如N-3,4二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等；,5、化妆品