Номер 159, страница 183 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.159. Запишите уравнения реакций, протекающих при нагревании: а) $\mathrm{\alpha }$-аминокислот; б) $\mathrm{\beta }$-аминокислот; в) $\mathrm{\gamma }$-аминокислот; г) $\mathrm{\delta }$-аминокислот.

Решение

Поведение аминокислот при нагревании зависит от взаимного расположения аминогруппы ($–NH_2$) и карбоксильной группы ($–COOH$) в их молекулах. В зависимости от этого происходят разные типы реакций.

а) α-аминокислоты

При нагревании α-аминокислоты вступают в реакцию межмолекулярной конденсации. Две молекулы аминокислоты взаимодействуют друг с другом, отщепляя две молекулы воды, и образуют устойчивый шестичленный циклический диамид, называемый дикетопиперазином.

Общее уравнение реакции для α-аминокислоты с радикалом R:

$ \Large 2 \normalsize \cdot \underset{\text{α-аминокислота}}{H_2N-CHR-COOH} \xrightarrow{t^{\circ}} \underset{\text{дикетопиперазин}}{\text{цикло(-NH-CHR-CO-)}_2} + 2H_2O $

Например, при нагревании двух молекул простейшей аминокислоты глицина (где R=H) образуется 2,5-дикетопиперазин (ангидрид глицина). Схематично образование цикла можно представить так:

$ \Large 2 \normalsize \cdot \underset{\text{глицин}}{H_2N-CH_2-COOH} \xrightarrow{t^{\circ}} \quad \begin{matrix} \text{HN} & - & \text{CH}_2 & - & \text{C=O} \\ | & & & & | \\ \text{O=C} & - & \text{CH}_2 & - & \text{NH} \end{matrix} \quad + \Large 2 \normalsize H_2O$

Ответ: При нагревании α-аминокислоты образуют циклические диамиды (дикетопиперазины) и воду в результате межмолекулярной конденсации.

б) β-аминокислоты

При нагревании β-аминокислоты подвергаются реакции элиминирования (отщепления). От β-атома углерода отщепляется аминогруппа, а от α-атома — атом водорода, в результате чего образуется α,β-ненасыщенная карбоновая кислота и выделяется аммиак.

Общее уравнение реакции:

$ \underset{\text{β-аминокислота}}{R-CH(NH_2)-CH_2-COOH} \xrightarrow{t^{\circ}} \underset{\text{α,β-ненасыщенная кислота}}{R-CH=CH-COOH} + NH_3 $

Например, при нагревании β-аминомасляной кислоты образуется кротоновая кислота:

$ \underset{\text{β-аминомасляная кислота}}{CH_3-CH(NH_2)-CH_2-COOH} \xrightarrow{t^{\circ}} \underset{\text{кротоновая кислота}}{CH_3-CH=CH-COOH} + NH_3 $

Ответ: При нагревании β-аминокислоты отщепляют аммиак с образованием α,β-ненасыщенных карбоновых кислот.

в) γ-аминокислоты

При нагревании γ-аминокислоты вступают в реакцию внутримолекулярной конденсации (циклизации). Карбоксильная группа реагирует с аминогруппой в пределах одной молекулы с отщеплением воды. В результате образуются устойчивые пятичленные циклические амиды — γ-лактамы.

На примере γ-аминомасляной кислоты реакция выглядит следующим образом:

$ \underset{\text{γ-аминомасляная кислота}}{H_2N-CH_2-CH_2-CH_2-COOH} \xrightarrow{t^{\circ}} \quad \underset{\text{γ-бутиролактам (2-пирролидон)}}{\begin{matrix} \text{H}_2\text{C} & - & \text{CH}_2 \\ | & & | \\ \text{H}_2\text{C} & & \text{C=O} \\ \backslash & & / \\ & \text{NH} & \end{matrix}} \quad + H_2O $

Ответ: При нагревании γ-аминокислоты образуют γ-лактамы (пятичленные циклические амиды) и воду.

г) δ-аминокислоты

Подобно γ-аминокислотам, δ-аминокислоты при нагревании также вступают в реакцию внутримолекулярной циклизации с образованием лактамов. В этом случае формируется еще более устойчивый шестичленный цикл — δ-лактам.

На примере δ-аминовалериановой кислоты реакция выглядит следующим образом:

$ \underset{\text{δ-аминовалериановая к-та}}{H_2N-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-COOH} \xrightarrow{t^{\circ}} \quad \underset{\text{δ-валеролактам (2-пиперидон)}}{\begin{matrix} \text{H}_2\text{C} & - & \text{CH}_2 & - & \text{CH}_2 \\ | & & & & | \\ \text{H}_2\text{C} & & & & \text{C=O} \\ \backslash & & & & / \\ & & \text{NH} & & \end{matrix}} \quad + H_2O $

Ответ: При нагревании δ-аминокислоты образуют δ-лактамы (шестичленные циклические амиды) и воду.