南开大学有机化学课件(王积涛版) 21

derived from the N-terminal end
+ CH3SCN
三、多肽的合成
H2N CH2CO2H + H2N CHCO2H CH3 four dipeptides
1. 保护氨基
A. 氯甲酰苄酯－PhCH2OCOCl
O PhCH2O C Cl + H2N CHCO2H R O PhCH2O C NH CHCO2H R
O (CH3)3CO C NH CHCO2H R
O HCl/HOAc H2N CHCO2H + (CH3)3COH + CO2 (CH3)3CO C NH CHCO2H or CF3CO2H R R
O O (CH3)3CO C O C OC(CH3)3
~ ~
O (CH3)3CO C N3
H Boc N CHCO2H R
CO2H HN CO2H 3 CH3CH2 CH2CH CH3CH2 CH2CH CO2H NH2
§2 多肽-Polypeptides
肽(Peptide)-一分子α-氨基酸的氨基与另一分子α-氨基酸
的羧基失水所形成的酰胺化合物
一、多肽的结构与命名
O H H H2N CH C N C CO2H R R' Peptide bond N-terminal
26
O O (CH3)3CO C O C OC(CH3)3 + H2N CHCO2H R
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2. 保护羧基
+ H2N CHCO2H + R'OH H H2N CHCO2R' R R
H2N CHCO2R' R
OH-
H+ H N CHCO H 2 2 R
H2N CHCO2CH2Ph H2/Pt H2N CHCO2H + PhCH 3 R R
柱层析分离－色谱柱，离子交换柱－氨基酸分析仪
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2. 端基分析－确定N端和C端
(1) N－端分析 A. Sanger Method-DNFB（2,4-二硝基氟苯)
O 2N F + H2N CH R NO2
HCl
O H -HF C N peptide O2N
O2N
O NH CH C OH + other amino acids R NO2
L-甘油醛
2
中性氨基酸
甘氨酸 H2NCH2CO2H
氨基酸
H2 H2 NH2 酸性氨基酸 谷氨酸 HO C C C CH C O O OH 味精：谷氨酸的单钠盐 H2 H2 H2 H2 NH2 碱性氨基酸 赖氨酸 H2N C C C C CH C O OH
命名－天然氨基酸常根据其性质或来源使用俗名
CO2H H2N H CH2OH
正离子
负离子
等电点(pI)-正负离子浓度相等时溶液的pH值
4
在等电点时，氨基酸以偶极离子形式存在
Problem: The isoelectric point of tyrosine is 5.68.
Toward which electrode does tyrosine migrate on paper electrophoresis at pH 7.0? (Solution: the positive electrode)
O H C N peptide
无水HCl
S N O NH + H2N-peptide R
(2) C－端分析 A. 羧肽酶法
peptide O 羧肽酶 H H H N C C N CHCO2H + H2O R' R O H H peptide N C C OH + H2N CHCO2H R R'
O H H H N C C N CHCO 2H + NH2NH2 R' R O H H2N C C NHNH2 + H2N CHCO2H R R'
Trypsin(胰岛素) Chymotrypsin(糜蛋白酶)
O H 0.1 M HCl peptide C NH CHC N peptide + Br C N H2O O CH2 溴化腈 This bond is cleaved CH2SCH3
derived from the N-terminal end O H peptide C N O
交酰胺
β−氨基酸
H R C CH2 NH2 O C OH
RCH=CHCO2H + NH3
γ, δ−氨基酸
H H2 R C C CH2 CO2H NH2 R 内酰胺 O N H
9
三、氨基酸的来源与合成
1. 蛋白质的水解
蛋白质 水解 氨基酸
如胱氨酸，半胱氨酸可由头发水解而得
2. 微生物发酵
糖（如淀粉） 微生物 氨基酸
(2) 乙酰氨基丙二酸酯法
CH3 O EtONa C NHCH(CO2Et)2
CH3
O C NHC(CO2Et)2 Na RX
O + O H R CH C OH CH3 C NHC(CO2Et)2 NH2 R
O CH3 C NHCH(CO2Et)2
HNO2 CH2(CO2Et)2
Ac2O
H2NCH(CO2Et)2
22
B. 酰肼法
peptide
3. 部分水解法
Cleavage of Specific Peptide Bonds Catalyzed by Trypsin(胰岛素) and Chymotrypsin(糜蛋白酶)
Enzyme Catalyzes Hydrolysis of Peptide Bond Formed by Carbonyl Group of Argine(精氨酸), Lysine(赖氨酸) Phenylalanine(苯基丙氨酸), Tryptophan(色氨酸), Tyrosine(酪氨酸)
第二十一章 氨基酸、蛋白质和核酸
Amino Acid, Protein and Nucleic Acid
1
§1 氨基酸
一、结构、分类与命名
O R CH C OH NH2
α-氨基酸
O H R C CH2 C OH β-氨基酸 NH2
天然氨基酸
CO2H H2N H R
CHO HO H CH2OH
L-氨基酸
PhCH2CHO
HCN PhCH2 CH CN NH3 NH2
H3O+
O PhCH2 CH C OH NH2
HCN O NH3
OH-/H2O
NH2 CO2 H
E. Schmidt Reaction
O O H2 H2 H2 H2 NH2 HN3 H2 H2 H2 H2 NH2 HO C C C C C CH C OH H2N C C C C CH C OH O
3. 肽键的形成
O R C OH +
活化羧基－DCC(二环己基碳二亚胺)
O HN R C O C N
N C N
27
O DCC PhCH2O C NH CHCO2H R
HN O O H PhCH2O C NH C C O C N R
O- HN O H H2N PhCH2O C NH C C O C N R HN CHCO2CH2Ph R' O O H H H2/Pt H N C PhCH2O C NH C C NH CHCO2CH2 Ph 2 R R R' + O H H C N N
石油制品（如石蜡，醇）
L
3. 酶法
C源（如糖） 酶 氨基酸 L
10
4. 化学合成 Α. α−卤代酸的氨解
R CH2
O O Br 2/P R CH C OH + NH3 (excess) C OH X O R CH C OH NH2
Β. Gabriel Method
O O O NK + R CH C OR' X O
O H NH CH C N peptide R NO2
20
B. Edman Degradation-异硫氰酸酯法
N=C=S + H2N CH R
O H C N peptide
S- H 2 N C N CH R
SH N C NH CH R
O H C N peptide
S O H H N C NH CH C N peptide R
甘氨酰－丙氨酸
甘－丙
O O H H 2 H3N CH C N C C OCH3
丙氨酰－甘氨酸
丙－甘
O O H H H H3N CH2 C N C C N CHCO2CH2Ph CH3
甘-苯丙－丙
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环肽
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二、多肽的结构测定
氨基酸的种类与数目，氨基酸的排列顺序 1. 完全水解法
多肽 6 M HCl α-氨基酸
dipeptide
C-terminal
O O H H H H3N CH C N C C N CHCO2CH2OH CH2Ph CH3 Tripeptide
命名－ 从 N 端开始，依次写出每个氨基酸的名称，并将
“酸” 改为 “ 酰 ” ，最后一个氨基酸单元保留其氨基酸全 称。
H3N CH2 O O H H C N C C OCH3
5
2. 羧基的反应
O R CH C OH NH2
O OH R CH C ONH2 O PCl5 R CH C Cl NH2 O + R'OH/H R CH C OR' NH2
-
R'NH2
O R CH C NHR' NH2 H LiAlH4 R CH C2 OH NH2 RCH2NH2
6
3. 氨基的反应
H2/Pt
O=N-CH(CO2 Et)2
HON=CH(CO2Et)2
D. Strecker Method−氰胺水解
RCHO + HCN + NH3 R CH CN NH2
H3O+ O R CH C OH NH2
Mechanism
RCHO + NH3
RCH=NH
CN-
R CH CN NH
HCN
R CH CN NH2
O + PhCH2OH Cl C Cl
O PhCH2O C NH CHCO2H R H2N CHCO2H + PhCH + CO 3 2 R HBr/HOAc H N CHCO H 2 2 + PhCH2Br + CO2 R
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H2/Pt
B. 叔丁氧羰基叠氮
O (CH3)3CO C N3 Boc
O Et3N (CH3)3CO C N3 + H2N CHCO2H R
H
+
HNO2
O R CH C OH NH2
HCHO
O R CH C OH NH3 O + N2 + H2O R CH C OH OH O R CH C OH N(CH2OH)2 O R CH C OH NCOCH3 O O H2O R C C OH R C C OH NH H R CH N NO2 CO2H O2N O NO2
Ac2O
H2O2
F O2N
4. 与水合茚三酮的反应
O O O H2O O OH OH O
紫色阴离子
O O R CH C OH + 2 NH2 OH OH O O O
+ + RCHO + CO2 + H3O
水合茚三酮
ON
O
8
5. 氨基酸的热分解反应
α−氨基酸
O R CH C OH H2N CH R + NH2 HO C O O NH R HN O R
H3O+ O R CH C OH NH2
11
R N C CO2R' H
O
C. 丙二酸酯法 (1) 邻苯二甲酰亚胺丙二酸酯法
O NK + BrCH(CO2Et)2 Br2/CCl4 O
O R N C(CO2Et)2 O
OH-/H2O
O N CH(CO2Et)2 O
EtONa O
RX
CH2(CO2Et)2
蛋氨酸
derived from the C-terminal end O + H2N-peptide + CH3S-CN
Mechanism-Cleavage of a Peptide Bond at Methionine by Cyanogen Bromide
HN peptide SN 2 C O CH2 S CH3
丝氨酸
3
二、氨基酸的性质
1. 两性与等电点
O H2N CH C ONa R
O O NaOH H N CH C OH HCl H3N CH C OH 2 Cl- R R
O H2N CH C OH R
O H3N CH C O- 内盐－偶极离子 R
O O O H2O H O 2 + HO- + H3N CH C OH H2N CH C O- + H3O H3N CH C O碱性 酸性 R R R
Na N C(CO2Et)2 O
R H2N C(CO2-)2
H
+
O R CH C OH NH2
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O Na CH2=CHCO2Et N C(CO2Et)2 O
O N C(CO2 Et)2 CH2CH2CO2Et O
OH-/H2O H2N C(CO2-)2 CH2CH2CO2-
H+ H2N CHCO2H CH2CH2CO2H
peptide C NH O H2C
peptide C NH O H2C
HN peptide C O CH2 S CH3 BrC N
SN2
Br C N
O
O H H2N-peptide + peptide C N
O H2O peptide C H N O
HN peptide O
derived from the C-terminal end