有机化学-第十五章

1.测定实验式 将肽在酸性溶液中彻底水解，用色谱法分离确定氨基 酸的种类、相对含量，计算出各种氨基酸的相对数目，求 出实验式。 2.确定分子式 用化学方法或物理方法测定其相对分子质量，从而确 定分子式。 3.末端残基分析法，测定多肽中氨基酸的结合顺序
二、N 端氨基酸分析
有两种方法进行 N 端氨基酸的分析 1）彻底水解法 用2，4-二硝基氟苯与多肽的 N 端氨基反应，然后彻 底水解产物，可确定 N 端的氨基酸：
三、肽的写法
在肽链中，带氨基的一端称为 N 端，有羧基的一端 称为 C 端，在书写肽的构造式时，通常将 N 端写在左边 ，C 端写在右边，如：
四、肽的命名
含有完整羧基的氨基酸作为母体，由 N 端开始，依 次称为某氨酰--某氨酸。如，丙氨酰--酪氨酰--甘氨酸：
为了方便，常简称为丙-酪-甘或 Ala-Tyr-Gly。
2）埃德曼（Edman）降解法 用异硫氰酸苯酯与多肽的 N 端氨基反应，然后水解 产物，得到 N 端氨基酸和少一个氨基酸结构单元的多肽 ，分析 N 端氨基酸结构，回收少一个氨基酸的多肽。再 重复操作，逐步确定 N 端氨基酸结构，经过多次降解， 可确定多肽的氨基酸种类和连接顺序：
三、C 端氨基酸的分析
构造式 NH2CH2COOH (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH HOOCCH2CH2CH(NH2)COOH NH2(CH2)4CH(NH2)COOH IUPAC命名 氨基乙酸 4-甲基-2-氨基戊酸 2-氨基戊二酸 2，6-二氨基己酸 俗名 甘氨酸 亮氨酸 谷氨酸 赖氨酸 缩写与符号表示 甘，Cly 亮，Leu 谷, Glu 赖, Lys
3．按氨基的结构不同分类
脯氨酸 （相当仲氨基）
色氨酸 （相当杂环基）
精氨酸 （相当胍基）
组氨酸 （相当杂环基）
二、氨基酸的命名
1．氨基酸现行命名有三套方法： 系统命名：按 IUPAC 方法进行命名 俗名： α-氨基酸多数来源蛋白质水解，普遍使用俗名。 缩写符号表示：取中文俗名第一个字，或英文名前三个字 符表示。
L/O/G/O
氨基酸、蛋白质及核酸
氨基酸的分类、命名与构造
羧酸中的氢原子被氨基取代所得的产物称为氨基酸。氨基 酸是多官能团化合物。α-氨基酸是羧酸的α-氢被氨基取 代的产物，它是构成蛋白质的基石。蛋白质与生命的起源 、生命的活动密切相关。掌握一点氨基酸的知识对学习生 命科学非常有意义。
一、氨基酸的分类
一、氨基的保护与羧基的活化
保护氨基：常用氯甲酸苄酯保护，因为反应后，氨基上的 苄氧羰基很容易用催化加氢的方法解除保护：
活化羰基：常使 -COOH 转化成酰氯，酸酐或酯，增强 COOH 中C 原子上的正电性，利于 -NH2 的亲核反应：
合成的一般过程为：
例：由丙氨酸和甘氨酸合成二肽甘氨酰丙氨酸：
C 50～55% O 20～23% H 6.0～7.0% N 15～17% S 0.2～0.3%
一、氨基酸的两性和等电点
1．酸性 氨基酸与碱作用生成羧酸盐，显酸性
2．氨基酸与酸作用生成铵盐，显碱性。
氨基酸两性：有酸性又有碱性，分别显示了 -COOH 和 NH2 的特征反应。
氨基酸本身能进行酸碱反应：
内盐：分子内的氨基与羧基反应生成的盐，称为内盐，在 晶体时，氨基酸是以内盐的形式存在，显示盐的性质，如 熔点高。 偶极离子：氨基酸以内盐的形式存在，分子中有正离子也 有负离子称做偶极离子,又称两性离子。偶极离子不仅在 固体时存在，在溶液中也可以存在。
利用等电点时溶液的特性，可以分离混合氨基酸。调 节溶液的 pH 值，使某种氨基酸达到等电点，溶解度最小 ，过滤出。 由于 -COOH 的酸性稍大于 -NH2 的碱性，因此中性 氨基酸的等电点溶液应偏酸性，pH<7。 中性氨基酸：IP=5.6～6.3 酸性氨基酸：IP=2.8～3.2 碱性氨基酸：IP=7.6～10.8
L-甘油醛
L-(-)-丝氨酸
L-天门冬氨酸
L-丙氨酸
氨基酸的来源与制法
一、α -氨基酸的来源
蛋白质是由各种 α-氨基酸组成的高分子化合物， 在酸或碱的催化下，蛋白质可以逐步水解成短链化合物， 直到 α-氨基酸为止，将各种混合 α-氨基酸进行分离， 可以得到单一的 α-氨基酸。
二、 α-氨基酸的合成
2．按溶解度分类 1）纤维状蛋白：不溶于水的蛋白质。这类蛋白质构成动 物的组织如丝、毛发、皮肤、角、爪甲、蹄、羽毛等。 2）球状蛋白：可溶于水或酸、碱、盐的溶液中的蛋白质 。包括各种酶、蛋白激素等。这类蛋白质在生物体内起着 维护、调节生命活动的功能。
三、蛋白质的组成
从蛋白质的分类可知，蛋白质的组成复杂，蛋白 质的相对分子量很大，通常在1万以上，有的达几万，几 十万，个别的甚至上千万。如烟草斑纹病毒的核蛋白的相 对分子质量已超过二千万。很难弄清其组成。从元素分析 得知，蛋白质主要由 C、H、O、N 及少量 S 组成，有的 有微量的 P、Fe、Zn、Mo 等元素。一般干燥蛋白质的元 素含量为：
四种产物是甘-甘氨酸，甘-丙氨酸，丙-甘氨酸，丙-丙氨 酸； 多肽中有肽键存在，易发生各种反应，如水解、氨解等， 这就要求合成条件必须缓和，也就要对参于反应的氨基、 羧基进行“活化”，使反应容易进行； 有多个 -NH2 和 -COOH 存在，可能同时参加反应，这就 要求把不需要参加反应的 -NH2 和 -COOH 暂时"保护"起 来，只留下参加反应的 -NH2 和 -COOH。
肽、肽键与命名
一、肽
氨基酸分子间通过氨基与羧基间脱水，生成以酰胺 键相连接的化合物：
酰胺键： 又称肽键。 肽：以酰胺键相连接的氨基酸缩合物称为缩氨酸，简 称肽。 二肽：有一个酰胺键相连的肽称为二肽。 三肽：有两个酰胺键相连的肽称为三肽。 以次类推，三肽以上的肽又统称多肽。
二、肽的结构
α-氨基酸的数目决定肽链的长短：二肽，三肽…… α-氨基酸的种类决定肽链的结构、肽链的数目（相 当异构体数目）。 如，同种氨基酸组成的二肽只有一种二肽：
2．通式
重复2）-3）-4）步操作，接上第三个氨基酸，第四 个氨基酸……最后用无水 HF 断下高分子，得到多肽。 1）是把第一个氨基酸接到树脂上， 2）是脱去 -NH2 保护基， 3）是形成第一个肽键，即接上第二个氨基酸， 4）脱去连在树脂上的二肽的 -NH2 保护基。 3．固相合成技术的优点 操作简单，每步产率高；分离纯化过程无中间产物损 失；容易实现自动化。
由于羧基 -COOH 解离出质子的能力与氨基 -NH2 接受质 子的能力不同，即 -COOH 的酸性大于 -NH2 的碱性，因 此，在不同 pH 值溶液中，氨基酸存在的形态不同。在中 性溶液中，氨基酸也不全是以偶极离子形态存在，可有下 列平衡存在：
把这种平衡关系做成图，如下所示：
等电点（IP）：在溶液中，当氨基酸正离子和负离子 的浓度相等，主要以偶极离子形态存在时的溶液的 pH 值 称做该氨基酸的等电点，用 IP 表示。 等电点时溶液的特征：偶极离子浓度最大，溶解度最 小，如果在溶液中加两个电极，偶极离子不向正极方向移 动，也不向负极方向移动。
二、氨基酸受热后消除反应
不同结构的氨基酸受热后，由于有不同的消除方式，得到 不同的产物。 1．α-氨基酸受热后，两分子间脱水，生成六元环的交酰胺 ：
2.
β—氨基酸受热后，分子内脱氨分子生成α、β—不饱 和酸：
3．γ、δ—氨基酸受热后，分子内脱水生成五元环或六元 环的内酰胺：
δ-氨基酸
δ-内酰胺（六元环）
三、氨基酸的结构与构型
1．结构：
1）R有不同结构，还可含官能团，如 -OH 、-SH等。 2）至少是双官能团化合物，有 -COOH、-NH2 …… 3）有盐的结构。
2．构型：除甘氨酸外，α-氨基酸至少有一个手性碳原子。 通常采用 D-L 标记法标记构型，即用甘油醛（或丝 氨酸）为参考标准。α-氨基酸都是L-构型。
（氯甲酸苄酯）
（甘氨酸）
（苄氧碳酰甘氨酸）
（苄氧碳酰甘氨酰氯）
（甘氨酰丙氨酸）
二、固相合成技术
20世纪70年代美国化学家梅里菲尔德（Merrifield R B）发明了一项快速、定量、能连续合成多肽的方法，固 相合成技术，由此他获得1984年 Noble 化学奖。
1．原理 把要合成的肽链的末端氨基酸的羧基以共价键的形式 与不溶性（固相）高分子树脂（如氯甲基化的聚苯乙烯小 球）相连，形成高分子树脂为酯基的氨基酸酯；另一氨基 保护的氨基酸与之反应，形成肽键，脱去氨基保护，再与 另一个氨基保护的氨基酸反应，形成第二个肽键，重复上 述操作，形成第三个，第四个……肽键，最后从固相上断 裂下来合成的多肽链，得到纯净的多肽。
4．ω—氨基酸受热后，分子间脱水，缩聚成高分子化合物 能与水合茚三酮反应生成兰紫色物质：
此反应是 α-氨基酸特有的反应，用这个反应可以鉴别 α-氨基酸的存在，也常用作 α-氨基酸的比色测定和色 层分析的显色。
四、与亚硝酸反应
氨基酸与亚硝酸反应，生成羟基酸，放出氮，反应 迅速，定量完成。测量放出氮的体积，可算出试样中氨基 数量。做为定量分析用，称为范斯莱克法。
在羧肽霉作用下水解，有选择的使游离羧基的 α-氨基酸的酰胺键水解，对水解下来的氨基酸进行鉴定 ，确定结构：
经过反复多次降解，可以逐步把多肽的链结构顺序弄清楚。
多肽的合成
多肽的合成是一项很繁杂的工作，要求有旋光性的 α-氨基酸，按一定顺序连接起来，又要保持旋光性不变 。例如由丙氨酸和甘氨酸两种氨基酸合成二肽，两个氨基 和两个羧基的反应活性相差不大。
多肽结构的测定
一、概述
多肽与蛋白质都是由 α-氨基酸为结构单元，它们 之间无严格界线。一般认为相对分子质量< 1万，能透过 半透膜，不被三氯乙酸或浓硫酸所沉淀的为多肽。 多肽广泛存在于自然界，在生物体内起着重要作用， 如谷-胱-甘肽保护人体免受毒素对细胞的侵袭，延缓人体 衰老。 对肽的研究有两方面工作：测定肽的组成和 α-氨基 酸在肽链中排列顺序；合成多肽，保证测定结果的正确性 ，多肽结构测定大体分三步。