№13. Амины, аминокислоты, белки: строение, свойства и пептидная связь

Начнём с аминов. Амин — это производное аммиака NH3, в котором один, два или три атома водорода заменены углеводородными радикалами. Замещён один атом водорода — амин первичный (CH3-NH2, метиламин), два — вторичный ((CH3)2NH, диметиламин), три — третичный ((CH3)3N, триметиламин). Если при азоте стоит бензольное кольцо, амин называют ароматическим: C6H5-NH2 — анилин. Ключевой признак амина: азот связан с углеродом. У нитросоединений азот соединён с двумя атомами кислорода, поэтому CH3-NO2 — это нитрометан, а не амин, и свойства у него совсем другие.

Амины — органические основания. У азота аминогруппы есть неподелённая электронная пара, и она присоединяет протон водорода от кислоты, поэтому амины реагируют с кислотами с образованием солей. Предельные амины — основания сильнее аммиака: углеводородные радикалы отдают электронную плотность к азоту и делают пару ещё доступнее. Ароматические амины, наоборот, слабее аммиака, потому что неподелённая пара азота втягивается в ароматическое кольцо: анилин с водой практически не реагирует, а этиламин даёт щелочную среду. Именно поэтому амин легко узнать по реакции с кислотой: с HCl любой амин даёт соль, а со щёлочью не реагирует, ведь основание с основанием не взаимодействует.

CH3-NH2 + HCl → [CH3-NH3]^+Cl^− · CH3-NH2 + H2O ⇄ [CH3-NH3]^+ + OH^− · C6H5-NH2 + HCl → [C6H5-NH3]^+Cl^−

Теперь аминокислоты. В одной молекуле у них соединены два противоположных центра: аминогруппа -NH2 даёт основные свойства, карбоксильная группа -COOH — кислотные. Отсюда главное свойство аминокислот — амфотерность: со щёлочью аминокислота реагирует как кислота, с кислотой — как основание, а сама с собой образует внутреннюю соль, то есть биполярный ион. Это готовый ответ на типовую формулировку «выберите вещества, которые реагируют и с сильными кислотами, и со щелочами»: подходят только аминокислоты. Амины со щелочами не реагируют, карбоновые кислоты не реагируют с кислотами, а углеводы не реагируют ни с чем из этой пары.

H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa + H2O · H2N-CH2-COOH + HCl → Cl[H3N-CH2-COOH]

Из аминокислот построены пептиды и белки. Карбоксильная группа одной кислоты и аминогруппа другой отщепляют молекулу воды, и между остатками возникает пептидная связь -CO-NH-. Такую реакцию называют поликонденсацией: вместе с полимером обязательно получается побочный продукт — вода. Обратный процесс — гидролиз: вода разрывает пептидную связь, и белок распадается сначала на короткие пептиды, а затем на отдельные аминокислоты. Запомни роль воды: при поликонденсации она выделяется, при гидролизе расходуется.

H2N-CH2-COOH + H2N-CH2-COOH → H2N-CH2-CO-NH-CH2-COOH + H2O

Качественные реакции нужно знать наизусть, потому что на них строится вопрос «каким реактивом можно обнаружить вещество». Биуретовая реакция — фиолетовое окрашивание при действии щёлочи и раствора сульфата меди(II) — доказывает наличие пептидных связей, то есть белка или пептида. Ксантопротеиновая — жёлтое окрашивание под действием концентрированной азотной кислоты — показывает ароматические кольца в молекуле белка. Нингидриновая даёт сине-фиолетовую окраску с аминокислотами. Анилин узнают по бромной воде: выпадает белый осадок 2,4,6-триброманилина. Если белок нагреть с кислотой или щёлочью, идёт гидролиз, и в растворе появляются аминокислоты.

• Шаг 1. Определи класс вещества по формуле: азот связан с углеродом — амин, азот с двумя атомами кислорода — нитросоединение, азот вместе с карбоксильной группой — аминокислота.
• Шаг 2. Если в вопросе речь о реакции и с кислотой, и со щёлочью, ищи амфотерное вещество, то есть аминокислоту: амин и ароматический амин для такой реакции не подходят.
• Шаг 3. В заданиях о гидролизе сначала выясни роль воды: при гидролизе вода расходуется, при поликонденсации выделяется.
• Шаг 4. Проверь, какие связи рвутся: при гидролизе белка разрушается пептидная связь -CO-NH-, а не связи C-C внутри радикалов.
• Шаг 5. В заданиях на соответствие называй класс каждого вещества по функциональной группе, а не по звучанию названия: часть «нитро» указывает на нитрогруппу, а не на амин.
• Шаг 6. В вопросах о гомологах проверь, что у веществ одинаковый набор функциональных групп, а состав отличается на группу CH2: глицин H2N-CH2-COOH и аланин H2N-CH(CH3)-COOH — гомологи.

Типичные ошибки. 1) Считают, что при гидролизе вода выделяется: в гидролизе вода расходуется, а выделяется она в реакции поликонденсации. 2) Приписывают аминам амфотерность: амин реагирует только с кислотами, со щелочами он не реагирует. 3) Путают амин и нитросоединение: в нитрометане CH3-NO2 азот связан с кислородом, основных свойств у такого вещества нет. 4) Ждут выделения аммиака при гидролизе белка: азот остаётся в составе аминокислот, поэтому аммиак не образуется. 5) Называют качественной реакцией на белок любое окрашивание: биуретовая реакция (фиолетовая) показывает пептидную связь, ксантопротеиновая (жёлтая) — ароматические кольца, это разные реакции. 6) Считают гомологами вещества разных классов: у гомологов одинаковые функциональные группы и различие ровно в одну или несколько групп CH2.

Проверь себя

1. Почему предельный амин — основание сильнее аммиака, а анилин — слабее?
2. Какое вещество из пары «этиламин или глицин» будет реагировать и с HCl, и с NaOH и почему?
3. Что происходит с пептидной связью при гидролизе белка и почему вода здесь реагент, а не продукт?
4. Чем поликонденсация отличается от полимеризации и почему при получении белка образуется вода?
5. Как отличить анилин от бензола, если оба вещества — жидкости, не смешивающиеся с водой?

Показательные решения