Аммиак и аминокислоты, их роль в нашей жизни
Реферат
По
химии
Тема:
Аммиак и аминокислоты, их роль в нашей жизни
Подготовила студентка 1курса
Кузнецова Виктория
Аминокислоты
АМИНОКИСЛОТЫ - это органические (карбоновые)
кислоты, в составе которых имеется аминогруппа (- NH2).
Участвуют в обмене белков и углеводов, в
образовании важных для организмов соединений (например, пуриновых и
пиримидиновых оснований, являющихся неотъемлемой частью нуклеиновых кислот),
входят в состав гормонов, витаминов, алкалоидов, пигментов, токсинов, антибиотиков
и т. д.;
дигидроксифенилаланин (ДОФА) и -аминомасляная
кислота служат посредниками при передаче нервных импульсов.
Строение аминокислот
В клетках и тканях живых организмов встречается
около 300 различных аминокислот, но только 20 из них служат звеньями
(мономерами), из которых построены пептиды и белки всех организмов (поэтому их
называют белковыми аминокислотами). Последовательность расположения этих
аминокислот в белках закодирована в последовательности нуклеотидов
соответствующих генов (см. Генетический код). Остальные аминокислоты
встречаются как в виде свободных молекул, так и в связанном виде. Многие из
аминокислот встречаются лишь в определенных организмах, а есть и такие, которые
обнаруживаются только в одном из великого множества описанных организмов.
История открытия аминокислот
Первая аминокислота - аспарагин- была открыта в
1806, последняя из аминокислот, обнаруженных в белках, - треонин - была
идентифицирована в 1938. Каждая аминокислота имеет тривиальное (традиционное)
название, иногда оно связано с источником выделения. Например, аспарагин
впервые обнаружили в аспарагусе (спарже), глутаминовую кислоту - в клейковине
(от англ. gluten - глютен) пшеницы, глицин был назван так за его сладкий вкус
(от греч. glykys - сладкий).
Структура и свойства аминокислот
Общую структурную формулу любой аминокислоты
можно представить следующим образом: карбоксильная группа (- СООН) и
аминогруппа (- NH2) связаны с одним и тем же -атомом углерода
(счет атомов ведется от карбоксильной группы с помощью букв греческого алфавита
- ,
,
и
т. д.). Различаются же аминокислоты структурой боковой группы, или боковой цепи
(радикал R), которые имеют разные размеры, форму, реакционную способность,
определяют растворимость аминокислот в водной среде и их электрический заряд. И
лишь у пролина боковая группа присоединена не только к
-углеродному атому, но и к аминогруппе, в результате чего образуется
циклическая структура.
В нейтральной среде и в кристаллах -аминокислоты
существуют как биполяры, или цвиттер-ионы.
Поэтому, например, формулу аминокислоты глицина
- NH2-CH2-СООH - правильнее было бы записать как NH3+-CH2-COO-Только в наиболее
простой по структуре аминокислоте - глицине - в роли радикала выступает атом
водорода. У остальных аминокислот все четыре заместителя при
-углеродном атоме различны (т. е. -углеродный атом углерода
асимметричен). Поэтому эти аминокислоты обладают оптической
активностью(способны вращать плоскость поляризованного света) и могут
существовать в форме двух оптических изомеров - L (левовращающие) и D
(правовращающие). Однако все природные аминокислоты являются L-аминокислотами.
К числу же исключений можно отнести D-изомеры глутаминовой кислоты, аланина,
валина, фенилаланина, лейцина и ряда других аминокислот, которые обнаружены в
клеточной стенке бактерий; аминокислоты D-конформации входят в состав некоторых
пептидных антибиотиков(в том числе актиномицинов, бацитрацина, грамицидинов A и
S), алкалоидов из спорыньи и т. д.
Классификация аминокислот
Входящие в состав белков аминокислоты классифицируют
в зависимости от особенностей их боковых групп. Например, исходя из их
отношения к воде при биологических значениях рН (около рН 7,0), различают
неполярные, или гидрофобные, аминокислоты и полярные, или гидрофильные. Кроме
того, среди полярных аминокислот выделяют нейтральные (незаряженные); они
содержат по одной кислой (карбоксильная) и одной основной группе (аминогруппа).
Если же в аминокислоте присутствует более одной из вышеназванных групп, то их
называют, соответственно, кислыми и основными.
Большинство микроорганизмов и растения создают
все необходимые им аминокислоты из более простых молекул. В отличие от них
животные организмы не могут синтезировать некоторые из аминокислот, в которых
они нуждаются. Такие аминокислоты они должны получать в готовом виде, то есть с
пищей. Поэтому, исходя из пищевой ценности, аминокислоты делят на незаменимые и
заменимые. К числу незаменимых для человека аминокислот относятся валин,
треонин, триптофан, фенилаланин, метионин, лизин, лейцин, изолейцин, а для детей
незаменимыми являются также гистидин и аргинин. Недостаток любой из незаменимых
аминокислот в организме приводит к нарушению обмена веществ, замедлению роста и
развития.
Использование аминокислот
Аминокислоты находят широкое применение в
качестве пищевых добавок. Например, лизином, триптофаном, треонином и
метионином обогащают корма сельскохозяйственных животных, добавление натриевой
соли глутаминовой кислоты (глутамата натрия) придает ряду продуктов мясной вкус.
В смеси или отдельно аминокислоты применяют в медицине, в том числе при
нарушениях обмена веществ и заболеваниях органов пищеварения, при некоторых
заболеваниях центральной нервной системы (-аминомасляная и глутаминовая
кислоты, ДОФА). Аминокислоты используются при изготовлении лекарственных
препаратов, красителей, в парфюмерной промышленности, в производстве моющих
средств, синтетических волокон и пленки и т. д.
Для хозяйственных и медицинских нужд
аминокислоты получают с помощью микроорганизмов путем так называемого
микробиологического синтеза(лизин, триптофан, треонин); их выделяют также из
гидролизатов природных белков (пролин, цистеин, аргинин, гистидин). Но наиболее
перспективны смешанные способы получения, совмещающие методы химического синтеза
и использование ферментов.
Аммиак
АММИАК - (от греч. hals ammoniakos - амонова
соль, нашатырь, который получали около храма бога Амона в Египте), NH3,
бесцветный газ с резким запахом. Молекула имеет форму правильной пирамиды.
Связи N-H полярны. Молярная масса 17 г/моль. Плотность 0,639 г/дм3. Температура
кипения -33,35°C, температура плавления -77,7°C. Критическая температура 113°C,
критическое давление 11,425 кПа. Теплота испарения 23,27 кДж/моль, теплота
плавления 5,86 кДж/моль.
Получение
Впервые чистый аммиак был получен в 1774 Дж.
Пристли. Промышленную технологию получения аммиака разработали и осуществили в
1913 немцы Ф. Габер и К. Бош, получившие за свои исследования Нобелевские
премии.
В промышленности аммиак получают в стальных
колоннах синтеза, наполненных катализатором - пористым железом. Через колонну
под давлением 30 МПа и при температуре 420-500 °C пропускают смесь азота и
водорода. Так как реакция
3Н2 + N2 = 2NH3 + 104 кДж
обратима, при однократном проходе газовой смеси
через колонну в аммиак превращается не более 15-25% исходных веществ. Для
полного превращения необходима многократная циркуляция, которую осуществляют с
помощью компрессора. В цикл непрерывно вводят свежую газовую смесь взамен
использованной на образование аммиака.
В лаборатории газообразный аммиак получают
нагреванием аммиачной воды или твердой смеси NH4Сl и Сa(OH)2:
2NH4Сl
+ Сa(OH)2
= 2NH3 + CaCl2 + 2H2О
Для осушения аммиака его пропускают через смесь
извести с едким натром.
Физические и химические свойства
Хорошо растворим в воде (700 объемов NH3 в 1
объеме воды при комнатной температуре). Максимальная массовая концентрация (%)
аммиака в водном растворе 42,8 (0°C), 33,1 (20°C), 23,4 (40°C). Плотность
водных растворов аммиака (кг/дм3): 0,97 (8% по массе), 0,947 (16%), 0,889 (32
%). Раствор аммиака в воде называют аммиачной водой, ее концентрация 25%. В
водном растворе аммиак частично ионизирован, что обусловливает щелочную реакцию
раствора:
NH3 + Н2О = NH4+ + ОН-
На самом деле молекул NH4ОН в растворе не
существует. Атом N в молекуле аммиака связан тремя ковалентными связями с
атомами водорода и сохраняет при этом одну неподеленную пару. Он не может быть
соединен с атомами кислорода и водорода пятью полярными ковалентным и связями.
Имеется в виду гидратированный аммиак, NН3·Н2О.
Аммиак проявляет свойства основания (основания
Бренстедта). В кислой среде молекула NH3 присоединяет ион Н+, образуется ион
аммония NH4+. Реагируя с кислотами, аммиак нейтрализует их, образуя соли
аммония:
NH3 + HCl = NH4Cl
Большинство солей аммония бесцветны и хорошо
растворимы в воде. Растворы солей, образованные аммиаком и сильными кислотами,
имеют слабокислую реакцию.
4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О,
применение платинового катализатора, образуется
оксид азота (II) NО:
4NH3 + 5О2 = 4NО + 6Н2О
Аммиак обладает восстановительными свойствами:
2NH3
+ Fe2O3
= 2Fe + N2
+ 3H2O
При определенных условиях аммиак реагирует с
галогенами. Щелочные и щелочно-земельные металлы реагируют с жидким и
газообразным аммиаком, давая амиды. При нагревании в Атмосфере аммиака многие
металлы и неметаллы (Zn, Cd, Fe, Cr, B, Si и другие) образуют нитриды. Жидкий
аммиак взаимодействует с серой:
10S + 4 NH3 = 6 Н2S + N4S4
При 1000°C аммиак реагирует с углем, образуя HCN
и частично разлагаясь на азот и водород.
Применение
В промышленности аммиак используют при получении
азотной кислоты HNO3, в производстве азотных минеральных удобрений, в качестве
хладагента. Аммиачная вода является азотным удобрением. Нашатырный спирт
используют в медицине.
Физиологическое действие
Аммиак ядовит, ПДК 20 мг/м3. Жидкий аммиак
вызывает сильные ожоги. При содержании в воздухе 0,5% по объему аммиак сильно
раздражает слизистые оболочки. При остром отравлении поражаются глаза и
дыхательные пути. При хроническом отравлении - расстройство пищеварения, катар
верхних дыхательных путей, ослабление слуха.
Список литературы
1. Советская энциклопедия
«Биология и Химия»
2. Советская энциклопедия «Хочу
всё знать» С. С. Бердоносов, П. С. Бердоносов, Р. А. Матвеева