Какие свойства проявляют амины свойства кислот амфотерные
Àìèíû – ýòî îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, â êîòîðûõ àòîì âîäîðîäà (ìîæåò è íå îäèí) çàìåùåí íà óãëåâîäîðîäíûé ðàäèêàë. Âñå àìèíû äåëÿò íà:
- ïåðâè÷íûå àìèíû;
- âòîðè÷íûå àìèíû;
- òðåòè÷íûå àìèíû.
Åñòü åùå àíàëîãè ñîëåé àììîíèÿ – ÷åòâåðòè÷íûå ñîëè òèïà [R4N]+Cl-.
 çàâèñèìîñòè îò òèïà ðàäèêàëà àìèíû ìîãóò áûòü:
- àëèôàòè÷åñêèå àìèíû;
- àðîìàòè÷åñêèå (ñìåøàííûå) àìèíû.
Àëèôàòè÷åñêèå ïðåäåëüíûå àìèíû.
Îáùàÿ ôîðìóëà CnH2n+3N.
Ñòðîåíèå àìèíîâ.
Àòîì àçîòà íàõîäèòñÿ â sp3-ãèáðèäèçàöèè. Íà 4-îé íåãèáðèäíîé îðáèòàëè íàõîäèòñÿ íåïîäåëåííàÿ ïàðà ýëåêòðîíîâ, êîòîðàÿ îáóñëàâëèâàåò îñíîâíûå ñâîéñòâà àìèíîâ:
Ýëåêðîíîäîíîðíûå çàìåñòèòåëè ïîâûøàþò ýëåêòðîííóþ ïëîòíîñòü íà àòîìå àçîòà è óñèëèâàþò îñíîâíûå ñâîéñòâà àìèíîâ, ïî ýòîé ïðè÷èí âòîðè÷íûå àìèíû ÿâëÿþòñÿ áîëåå ñèëüíûìè îñíîâàíèÿìè, ÷åì ïåðâè÷íûå, ò.ê. 2 ðàäèêàëà ó àòîìà àçîòà ñîçäàþò áîëüøóþ ýëåêòðîííóþ ïëîòíîñòü, ÷åì 1.
 òðåòè÷íûõ àòîìàõ èãðàåò âàæíóþ ðîëü ïðîñòðàíñòâåííûé ôàêòîð: ò.ê. 3 ðàäèêàëà çàñëîíÿþò íåïîäåëåííóþ ïàðó àçîòà, ê êîòîðîé ñëîæíî «ïîäñòóïèòüñÿ» äðóãèì ðåàãåíòàì, îñíîâíîñòü òàêèõ àìèíîâ ìåíüøå, ÷åì ïåðâè÷íûõ èëè âòîðè÷íûõ.
Èçîìåðèÿ àìèíîâ.
Äëÿ àìèíîâ ñâîéñòâåííà èçîìåðèÿ óãëåðîäíîãî ñêåëåòà, èçîìåðèÿ ïîëîæåíèÿ àìèíîãðóïïû:
Êàê íàçûâàòü àìèíû?
 íàçâàíèè îáû÷íî ïåðå÷èñëÿþò óãëåâîäîðîäíûå ðàäèêàëû (â àëôàâèòíîì ïîðÿäêå) è äîáàâëÿþò îêîí÷àíèå –àìèí:
Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà àìèíîâ.
Ïåðâûå 3 àìèíà – ãàçû, ñðåäíèå ÷ëåíû àëèôàòè÷åñêîãî ðÿäà – æèäêîñòè, à âûñøèå – òâåðäûå âåùåñòâà. Òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ ó àìèíîâ âûøå, ÷åì ó ñîîòâåòñòâóþùèõ óãëåâîäîðîäîâ, ò.ê. â æèäêîé ôàçå â ìîëåêóëå îáðàçóþòñÿ âîäîðîäíûå ñâÿçè.
Àìèíû õîðîøî ðàñòâîðèìû â âîäå, ïî ìåðå ðîñòà óãëåâîäîðîäíîãî ðàäèêàëà ðàñòâîðèìîñòü ïàäàåò.
Ïîëó÷åíèå àìèíîâ.
1. Àëêèëèðîâàíèå àììèàêà (îñíîâíîé ñïîñîá), êîòîðûé ïðîèñõîäèò ïðè íàãðåâàíèè àëêèëãàëîãåíèäà ñ àììèàêîì:
Åñëè àëêèëãàëîãåíèä â èçáûòêå, òî ïåðâè÷íûé àìèí ìîæåò âñòóïàòü â ðåàêöèþ àëêèëèðîâàíèÿ, ïðåâðàùàÿñü âî âòîðè÷íûé èëè òðåòè÷íûé àìèí:
2. Âîññòàíîâëåíèå íèòðîñîåäèíåíèé:
Èñïîëüçóþò ñóëüôèä àììîíèÿ (ðåàêöèÿ Çèíèíà), öèíê èëè æåëåçî â êèñëîé ñðåäå, àëþìèíèé â ùåëî÷íîé ñðåäå èëè âîäîðîä â ãàçîâîé ôàçå.
3. Âîññòàíîâëåíèå íèòðèëîâ. Èñïîëüçóþò LiAlH4:
4. Ôåðìåíòàòè÷íîå äåêàðáîêñèëèðîâàíèå àìèíîêèñëîò:
Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà àìèíîâ.
Âñå àìèíû – ñèëüíûå îñíîâàíèÿ, ïðè÷åì àëèôàòè÷åñêèå áîëåå ñèëüíûå, ÷åì àììèàê.
Âîäíûå ðàñòâîðû èìåþò ùåëî÷íîé õàðàêòåð:
Àìèíû ðåàãèðóþò ñ êèñëîòàìè, îáðàçóÿ ñîëè:
Ñîëè – òâåðäûå âåùåñòâà, õîðîøî ðàñòâîðèìû â âîäå è ïëîõî ðàñòâîðèìû â íåïîëÿðíûõ æèäêîñòÿõ. Ïðè ðåàêöèè ñ ùåëî÷àìè âûäåëÿþòñÿ ñâîáîäíûå àìèíû:
2. Îáðàçîâàíèå êîìïëåêñíûõ ñîåäèíåíèé ñ ïåðåõîäíûìè ìåòàëëàìè:
3. Ðåàêöèÿ ñ àçîòèñòîé êèñëîòîé, êîòîðàÿ îáðàçóåòñÿ ïî ñëåäóþùåé ñõåìå:
4. Ñãîðàíèå àìèíîâ. Â ðåçóëüòàòå îáðàçóåòñÿ óãëåêèñëûé ãàç, àçîò è âîäà:
Ïðèìåíåíèå àìèíîâ.
Íèçøèå àëèôàòè÷åñêèå àìèíû èñïîëüçóþò äëÿ ñèíòåçà ëåêàðñòâåííûõ ñðåäñòâ, ïëàñòìàññ è ïåñòèöèäîâ.
Аминокислоты относятся к гетерофункциональным соединениям, т.е. вещества, проявляющим свойства двух классов соединений. В неорганической химии такие соединения называют амфотерными.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ
По физическим свойствам аминокислоты резко отличаются от соответствующих кислот и оснований. Все они кристаллические вещества, лучше растворяются в воде, чем в органических растворителях, имеют достаточно высокие температуры плавления; многие из них имеют сладкий вкус. Эти свойства отчётливо указывают на солеобразный характер этих соединений.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ
Особенности физических и химических свойств аминокислот обусловлены их строением — присутствием одновременно двух противоположных по свойствам функциональных групп: кислотной и основной. $alpha$-аминокислоты являются амфотерными электролитами. Имея как минимум две диссоциирующие и противоположно заряженные группировки, аминокислоты в растворах с нейтральным значением рН практически всегда находятся в виде биполярных ионов, или цвиттер-ионов, в которых противоположные заряды пространственно разделены, например $H_3^+N—CH_2—CH_2—COO^-$.
Именно амфотерность аминокислот обуславливает их наиболее характерные свойства.
1. Кислотные свойства аминокислот проявляются по карбоксильной группе в их способности взаимодействовать, например, с щелочами:
или вступать в реакцию этерификации со спиртами с образованием сложных эфиров:
2. Основные свойства аминокислот проявляются по аминогруппе в их способности взаимодействовать с кислотами, образуя комплексные ионы по донорно-акцепторному механизму:
3. Амфотерность аминокислот проявляется также в их способности образовывать в растворе в результате диссоциации биполярный ион — внутреннюю соль, а самое главное, за счет амфотерности аминокислоты могут вступать друг с другом в реакции поликонденсации. образуя полипептиды и белки:
КАЧЕСТВЕННЫЕ (ЦВЕТНЫЕ) РЕАКЦИИ НА АМИНОКИСЛОТЫ И БЕЛКИ
Качественные цветные реакции можно подразделить на два типа: универсальные и специфические. К универсальным реакциям относятся те, которые дают окрашивание в присутствии любых белков.
Специфические реакции доказывают наличие какой-то определенной аминокислоты. Все качественные реакции можно наблюдать на примере раствора яичного белка, представляющего собой многокомпонентную смесь аминокислот:
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ЦВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ
1. Биуретовая реакция — универсальная реакция на все белки и пептиды, так как является реакцией на пептидную связь. Представляет собой взаимодействие щелочного раствора биурета ($(H_2NC(O))_2NH$ с раствором сульфата меди в присутствии гидроксида натрия (реактив Фелинга).
В реакцию, подобную биуретовой, вступают многие вещества, содержащие в молекуле не менее двух амидных группировок, амиды и имиды аминокислот и некоторые другие соединения. Продукты реакции в этом случае имеют фиолетовую или синюю окраску.
В условиях биуретовой реакции белки дают фиолетовую окраску, что используется для их качественного и количественного анализа. Биуретовая реакция обусловлена присутствием в белках пептидных связей, которые в щелочной среде образуют с сульфатом меди (ІІ) окрашенные солеобразные комплексы меди.
2. Нингидриновая реакция — цветная реакция на α-аминокислоты, которую осуществляют нагреванием последних в избытке щелочного раствора нингидрина (гидрата 1,2,3-индантриона).
Образующееся в результате реакции соединение (дикетогидринимин — на рисунке самый левый продукт реакции) имеет фиолетово-синюю окраску. Данную используют для колориметрического количественного определения $alpha$-аминокислот, в том числе в автоматических аминокислотных анализаторах.
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ЦВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ
1. Реакция Щульца-Распайли (аналогично проводится реакция Адамкевича, только с добавлением глиоксиловой кислоты) — является специфической реакцией на аминокислоту триптофан — взаимодействие раствора яичного белка с 10% раствором сахарозы и равным объемом концентрированной $H_2SO_4$. На границе двух жидкостей образуется красно-фиолетовое кольцо (при нагревании на водяной бане реакция идет быстрее — главное не смешивать жидкости).
2. Реакция Милона — используется для обнаружения тирозина, в составе которого имеется фенольный гидроксил. При добавлении к раствору белка реактива Милона (раствор $HgNO_3$ и $Hg(NO_3)_2$ в разбавленной азотной кислоты $HNO_3$, содержащей примесь азотистой кислоты $HNO_2$) образуется осадок, сначала окрашенный в розовый, а затем в пурпурно-красный цвет. Нагревание до $50^circ C$ ускоряет эту реакцию.
3. Ксантопротеиновая реакция — является специфической реакцией и используется для обнаружения $alpha$-аминокислот, содержащих в радикале ароматический цикл, например фенилаланина. Для ее осуществления к раствору белка прибавляют концентрированную азотную кислоту $HNO_3$ до тех пор, пока не прекратится образование осадка, который при нагревании окрашивается в желтый цвет. Окраска возникает в результате нитрования ароматических колец аминокислотных остатков белка (тирозина и триптофана). При добавлении к охлажденной жидкости избытка щелочи появляется оранжевое окрашивание, обусловленное образованием солей нитроновых кислот.
4. Реакция Фоля на серосодержащие аминокислоты (цистеин, метионин) — взаимодействие раствора яичного белка с 30% раствором NaOH и 5% раствором уксуснокислого свинца — $Pb(CH_3COO)_2$. При длительном нагревании жидкость буреет, выпадает черный осадок сульфида свинца.
Амофтерные — значит проявляют и свойства кислоты, и свойства основания.
У аминокислот есть кислотная группа -COOH, значит, они проявляют свойства кислот и реагируют с основаниями:
H2N — CH2 — COOH + NaOH = H2N — CH2 — COONa + H2O
У аминокислот есть основная аминогруппа, поэтому они проявляют свойства оснований и реагируют с кислотами:
H2N — CH2 — COOH + HCl = (H3N — CH2 — COOH)Cl + H2O
В этой реакции образуется соль — солянокислый глицин.
Таким образом, аминокислоты амфотерны.
(не те реакции)
65. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Приведите примеры. Напишите уравнения реакции образования цистина и цистеина.
1)HS-CH2-CH(NH2)-COOH (цистеин) —(O2, -H2O)—> HOOC-CH(NH2)-CH2-S-S-CH2-CH(NH2)-COOH (цистин)
2)CH2=CH-CN (акрилонитрил) —(S, t)—>
—(NH3)—> HS-CH2-CH(NH2)-CN —(H2O)—> HS-CH2-CH(NH2)-COOH (цистеин)
Заменимые аминокислоты:
Аланин способствует восстановлению после травм. Регулирует уровень сахара в крови. Участвует в энергообразовании. Способствует запасанию гликогена мышцами и печенью.
Аспарагин участвует в метаболизме нервной системы. Участвует в синтезе аминокислот в печени. Способствует выработке аспарагиновой кислоты, которая участвует в синтезе ДНК и РНК.
Аспарагиновая кислота активизирует иммунную систему. Снижает утомляемость. Способствует превращению углеводов в мышечную энергию. Образует лизин и метионин.
Глутамин стимулирует память и мышление. Участвует в синтезе протеина. Повышает выносливость. Нейтрализует токсические соединения в организме. Снижает тягу к алкоголю и сладостям.
Глицин — антидепрессант. Повышает умственную работоспособность. Ослабляет влечение к алкоголю. Снижает кислотность желудка. Участвует в образовании заменимых аминокислот.
Глутаминовая кислота участвует в метаболизме аминокислот. Выполняет функции нейромедиатора в ЦНС. Играет важную роль в углеводном обмене.
Пролин укрепляет суставы и связки. Участвует в выработке энергии. Способствует заживлению ран.
Серин укрепляет иммунную систему. Необходим для нормального обмена жиров и жирных кислот. Участвует в биосинтезе глицина, метионина, цистеина, и триптофана.
Тирозин — антидепрессант. Подавляет аппетит. Способствует функционированию надпочечников и щитовидной железы. Участвует в биосинтезе адреналина, гормонов щитовидной железы.
Цистеин ускоряет заживление тканей. Стимулирует рост волос. Активизирует иммунную систему. Улучшает мозговую деятельность. Переносит аминокислоты по организму. Антиоксидант.
Незаменимые аминокислоты:
Валин содержится в моркови, свекле, зерновых, мясе, грибах, молочных продуктах, арахисе. Валин метаболизируется в мышечную ткань, стимулирует умственную деятельность. Валин необходим организму для поддержания нужного уровня обмена азота.
Изолейцин содержится в рыбе, курином мясе, печени, миндале, кешью, в соевых белках. Изолейцин регулирует уровень сахара в крови. Участвует в синтезе гемоглобина. Повышает выносливость организма. Участвует в синтезе метаболизма в мышцах. Расщепляет холестерин.
Лейцин содержится в бобах, буром рисе, пшеничной муке и орехах. Лейцин является источником энергии, способствует восстановлению мышц и костей. Снижает повышенный уровень сахара в крови при диабетах.
Лизин содержат сельдерей, зеленые овощи, молоко, яйца, дрожжевые продукты, мясо. Лизин необходим для роста костной ткани, поддержания женской половой функции. Поддерживает обмен азота в организме. Оказывает противовирусное действие. Стимулирует умственную деятельность.
Метионин содержат в себе яйца, бобовые, лук, чеснок, мясо, йогурты. Метионин улучшает пищеварение, помогает перерабатывать жир. Расщепляет холестерин. Предотвращает выпадение волос. Антиоксидант.
Треонин содержится в листовых овощах, моркови. Треонин активизирует иммунную систему. Детоксикатор. Способствует росту тканей. Помогает усваивать пищевой белок.
Триптофан есть в бананах, помидорах, редьке, фенхеле.
Триптофан регулирует функции иммунной и центральной нервной системы. Способствует хорошему сну. Стимулирует рост кожи и волос. Улучшает пищеварение.
Фенилаланин можно найти в свекле, моркови, яблоках и шпинате. Фенилаланин стимулирует ЦНС. Антидепрессант. Улучшает память и внимание. Повышает работоспособность. Снижает аппетит.
Амфотерность (от др.-греч. амфотеро — «двойственный»,
«обоюдный») — способность некоторых соединений проявлять в зависимости от
условий как кислотные, так и основные свойства.
Понятие амфотерность как характеристика
двойственного поведения вещества было введено в 1814 г. Ж. Гей-Люссаком и Л.
Тенаром.
Амфотерными называются
оксиды и гидроксиды, которые проявляют и основные и кислотные свойства в
зависимости от условий.
Наиболее
часто встречающиеся амфотерные оксиды (и соответствующие им гидроксиды):
ZnO,
Zn(OH)2, BeO, Be(OH)2, PbO, Pb(OH)2, SnO,
Sn(OH)2, Al2O3, Al(OH)3, Fe2O3,
Fe(OH)3, Cr2O3, Cr(OH)3
Свойства амфотерных соединений
запомнить не сложно: они взаимодействуют с
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
При взаимодействии с кислотами все просто. Амфотерные соединения ведут себя как основания:
Оксиды:
Al2O3 + 6HCl =
2AlCl3 + 3H2O;
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 +
H2O;
BeO + HNO3 = Be(NO3)2 +
H2O
Гидроксиды:
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 +
3H2O;
Pb(OH)2 + 2HCl = PbCl2 +
2H2O
Таким образом, при описании основных свойств записывают хорошо знакомые уравнения реакций обмена.
КИСЛОТНЫЕ СВОЙСТВА
Сложней для понимания реакция со щелочью. Рассмотрим на примере взаимодействия гидроксида цинка с гидроксидом калия при сплавлении. Амфотерные соединения взаимодействуя с основаниями, ведут себя как кислоты. Вот и запишем гидроксид
цинка Zn(OH)2 как
кислоту. У кислоты водород спереди, вынесем его: H2ZnO2. И реакция щелочи с гидроксидом будет протекать как будто он –
кислота. «Кислотный остаток» ZnO22- двухвалентный:
2KOH(тв.) + H2ZnO2(тв.) = K2ZnO2 + 2H2O
Полученное
вещество K2ZnO2 называется метацинкат калия (или просто
цинкат калия). Это вещество – соль калия и гипотетической «цинковой кислоты» H2ZnO2 (солями такие соединения называть не совсем правильно, но
для собственного удобства мы про это забудем).
Гидроксид цинка записывать в виде H2ZnO2 не принято. Пишем как обычно Zn(OH)2,
но подразумеваем (для собственного удобства), что это кислота H2ZnO2:
2KOH(тв.) + Zn(OH)2(тв.)
= K2ZnO2 + 2H2O
С гидроксидами при сплавлении, в которых
2 группы ОН, все будет так же как и с цинком:
Be(OH)2(тв.) + 2NaOH(тв.) =Na2BeO2 + 2H2O (метабериллат натрия, или бериллат)
Pb(OH)2(тв.) + 2NaOH(тв.) = Na2PbO2 + 2H2O (метаплюмбат натрия, или плюмбат)
С амфотерными гидроксидов с тремя OH— группами (Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3) немного
иначе.
Разберем
на примере гидроксида алюминия: Al(OH)3, запишем в виде кислоты: H3AlO3, но в таком виде не оставляем, а выносим оттуда воду:
H3AlO3 – H2O → HAlO2 + H2O.
Вот с этой «кислотой» (HAlO2) мы и работаем:
HAlO2 + KOH = H2O + KAlO2
(метаалюминат калия, или просто алюминат)
Но гидроксид алюминия HAlO2 записывать нельзя, записываем как обычно, но подразумеваем кислоту HAlO2:
Al(OH)3(тв.) + KOH(тв.) = 2H2O + KAlO2 (метаалюминат калия)
То
же самое и с гидроксидом хрома (при сплавлении):
Cr(OH)3 → H3CrO3 → HCrO2;
Cr(OH)3(тв.) + KOH(тв.) = 2H2O + KCrO2
(метахромат калия,
НО НЕ ХРОМАТ, хроматы – это соли
хромовой кислоты).
*С гидроксидами содержащими четыре группы
ОН точно так же: выносим вперед водород и убираем воду:
Sn(OH)4 → H4SnO4 → H2SnO3;
Pb(OH)4 → H4PbO4 → H2PbO3
Следует
помнить, что свинец и олово образуют по два амфотерных гидроксида: со степенью
окисления +2 (Sn(OH)2, Pb(OH)2), и +4 (Sn(OH)4,Pb(OH)4).
Оксид | Гидроксид | Гидроксид в виде | Кислотный остаток | Соль | Название соли |
BeO | Be(OH)2 | H2BeO2 | BeO22- | K2BeO2 | Метабериллат (бериллат) |
ZnO | Zn(OH)2 | H2ZnO2 | ZnO22- | K2ZnO2 | Метацинкат (цинкат) |
Al2O3 | Al(OH)3 | HAlO2 | AlO2— | KAlO2 | Метаалюминат (алюминат) |
Fe2O3 | Fe(OH)3 | HFeO2 | FeO2— | KFeO2 | Метаферрат (НО НЕ ФЕРРАТ) |
SnO | Sn(OH)2 | H2SnO2 | SnO22- | K2SnO2 | СтаннИТ |
PbO | Pb(OH)2 | H2PbO2 | PbO22- | K2PbO2 | БлюмбИТ |
SnO2 | Sn(OH)4 | H2SnO3 | SnO32- | K2SnO3 | МетастаннАТ (станнат) |
PbO2 | Pb(OH)4 | H2PbO3 | PbO32- | K2PbO3 | МетаблюмбАТ (плюмбат) |
Cr2O3 | Cr(OH)3 | HCrO2 | CrO2— | KCrO2 | Метахромат (НО НЕ ХРОМАТ |
* Выше было рассмотрено взаимодействие амфотерных соединений с твердыми щелочами при сплавлении, т.е. в отсутствии воды. При взаимодействии с растворами щелочей образуются комплексные соединения:
Al(OH)3 + KOH → K[Al(OH)4]
(тетрагидроксоалюминат калия);
Al(OH)3 + 3KOH → K3[Al(OH)6]
(гексагидроксоалюминат калия).
С растворами щелочей реагируют и амфотерные оксиды. Следует обратить внимание, что в уравнении реакции вода записывается, как исходное вещество, т.е. в левой части уравнения:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4];
Al2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3[Al(OH)6].
Продукты реакций относятся к классу солей и являются растворимыми. Следовательно, при диссоциации распадаются на катион металла и анионы кислотных остатков
[Al(OH)4]- или [Al(OH)6]3-.
Какой продукт писать, не имеет значения. Главное чтобы все индексы были верно проставлены и сумма всех зарядов равнялась нулю.
ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Элементы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды, относятся к металлам. Они как все металлы реагируют с разбавленными кислотами:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
Наиболее активные металлы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды (алюминий, берилий, цинк), реагируют со щелочами:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑;
2Al + 6NaOH + 6H2O → 2Na3[Al(OH)6] + 3H2↑