Реферат
По химии
Тема: Аммиак иаминокислоты, их роль в нашей жизни
Подготовила студентка 1курса
Кузнецова Виктория
Аминокислоты
АМИНОКИСЛОТЫ — это органические (карбоновые) кислоты, всоставе которых имеется аминогруппа (— NH2).
Участвуют в обмене белков и углеводов, в образованииважных для организмов соединений (например, пуриновых и пиримидиновыхоснований, являющихся неотъемлемой частью нуклеиновых кислот), входят в составгормонов, витаминов, алкалоидов, пигментов, токсинов, антибиотиков и т. д.;
дигидроксифенилаланин (ДОФА) и -аминомасляная кислота служатпосредниками при передаче нервных импульсов.
Строение аминокислот
В клетках и тканях живых организмов встречается около 300различных аминокислот, но только 20 из них служат звеньями (мономерами), изкоторых построены пептиды и белки всех организмов (поэтому их называютбелковыми аминокислотами). Последовательность расположения этих аминокислот вбелках закодирована в последовательности нуклеотидов соответствующих генов (см.Генетический код). Остальные аминокислоты встречаются как в виде свободныхмолекул, так и в связанном виде. Многие из аминокислот встречаются лишь вопределенных организмах, а есть и такие, которые обнаруживаются только в одномиз великого множества описанных организмов.
История открытия аминокислот
Первая аминокислота — аспарагин— была открыта в 1806,последняя из аминокислот, обнаруженных в белках, — треонин — былаидентифицирована в 1938. Каждая аминокислота имеет тривиальное (традиционное)название, иногда оно связано с источником выделения. Например, аспарагин впервыеобнаружили 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 можнопредставить следующим образом: карбоксильная группа (— СООН) и аминогруппа (—NH2) связаны с одним и тем же -атомомуглерода (счет атомов ведется от карбоксильной группы с помощью букв греческогоалфавита — , , и т. д.). Различаютсяже аминокислоты структурой боковой группы, или боковой цепи (радикал R),которые имеют разные размеры, форму, реакционную способность, определяютрастворимость аминокислот в водной среде и их электрический заряд. И лишь упролина боковая группа присоединена не только к -углеродному атому, но и к аминогруппе, в результате чего образуетсяциклическая структура.
В нейтральной среде и в кристаллах -аминокислотысуществуют как биполяры, или цвиттер-ионы.
Поэтому, например, формулу аминокислоты глицина —NH2—CH2—СООH — правильнее было бы записать как NH3+—CH2—COO–Только в наиболеепростой по структуре аминокислоте — глицине — в роли радикала выступает атомводорода. У остальных аминокислот все четыре заместителя при -углеродном атомеразличны (т. е. -углеродный атом углерода асимметричен). Поэтому эти аминокислоты обладаютоптической активностью(способны вращать плоскость поляризованного света) имогут 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 вклеточной стенке бактерий; аминокислоты D-конформации входят в состав некоторыхпептидных антибиотиков(в том числе актиномицинов, бацитрацина, грамицидинов A иS), алкалоидов из спорыньи и т. д.
Классификация аминокислот
Входящие в состав белков аминокислоты классифицируют взависимости от особенностей их боковых групп. Например, исходя из их отношенияк воде при биологических значениях рН (около рН 7,0), различают неполярные, илигидрофобные, аминокислоты и полярные, или гидрофильные. Кроме того, средиполярных аминокислот выделяют нейтральные (незаряженные); они содержат по однойкислой (карбоксильная) и одной основной группе (аминогруппа). Если же ваминокислоте присутствует более одной из вышеназванных групп, то их называют,соответственно, кислыми и основными.
Большинство микроорганизмов и растения создают все необходимыеим аминокислоты из более простых молекул. В отличие от них животные организмыне могут синтезировать некоторые из аминокислот, в которых они нуждаются. Такиеаминокислоты они должны получать в готовом виде, то есть с пищей. Поэтому,исходя из пищевой ценности, аминокислоты делят на незаменимые и заменимые. Кчислу незаменимых для человека аминокислот относятся валин, треонин, триптофан,фенилаланин, метионин, лизин, лейцин, изолейцин, а для детей незаменимымиявляются также гистидин и аргинин. Недостаток любой из незаменимых аминокислотв организме приводит к нарушению обмена веществ, замедлению роста и развития.
В отдельных белках встречаются редкие (нестандартные)аминокислоты, которые образуются путем различных химических превращений боковыхгрупп обычных аминокислот в ходе синтеза белка на рибосомах или после егоокончания (так называемая посттрансляционная модификация белков) (см. Белки).Например, в состав коллагена(белка соединительной ткани) входят гидроксипролини гидроксилизин, являющиеся производными пролина и лизина соответственно; вмышечном белке миозине присутствует метиллизин; только в белке эластине содержитсяпроизводное лизина — десмозин.
Использование аминокислот
Аминокислоты находят широкое применение в качествепищевых добавок. Например, лизином, триптофаном, треонином и метиониномобогащают корма сельскохозяйственных животных, добавление натриевой солиглутаминовой кислоты (глутамата натрия) придает ряду продуктов мясной вкус. Всмеси или отдельно аминокислоты применяют в медицине, в том числе принарушениях обмена веществ и заболеваниях органов пищеварения, при некоторыхзаболеваниях центральной нервной системы (-аминомаслянаяи глутаминовая кислоты, ДОФА). Аминокислоты используются при изготовлениилекарственных препаратов, красителей, в парфюмерной промышленности, впроизводстве моющих средств, синтетических волокон и пленки и т. д.
Для хозяйственных и медицинских нужд аминокислотыполучают с помощью микроорганизмов путем так называемого микробиологическогосинтеза(лизин, триптофан, треонин); их выделяют также из гидролизатов природныхбелков (пролин, цистеин, аргинин, гистидин). Но наиболее перспективны смешанныеспособы получения, совмещающие методы химического синтеза и использованиеферментов.
Аммиак
АММИАК — (от греч. hals ammoniakos — амонова соль,нашатырь, который получали около храма бога Амона в Египте), NH3, бесцветныйгаз с резким запахом. Молекула имеет форму правильной пирамиды. Связи N—Hполярны. 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, теплотаплавления 5,86 кДж/моль.
Получение
Впервые чистый аммиак был получен в 1774 Дж. Пристли.Промышленную технологию получения аммиака разработали и осуществили в 1913немцы Ф. Габер и К. Бош, получившие за свои исследования Нобелевские премии.
В промышленности аммиак получают в стальных колоннахсинтеза, наполненных катализатором — пористым железом. Через колонну поддавлением 30 МПа и при температуре 420-500 °C пропускают смесь азота иводорода. Так как реакция
3Н2 + N2 = 2NH3 + 104 кДж
обратима, при однократном проходе газовой смеси черезколонну в аммиак превращается не более 15-25% исходных веществ. Для полногопревращения необходима многократная циркуляция, которую осуществляют с помощьюкомпрессора. В цикл непрерывно вводят свежую газовую смесь взамениспользованной на образование аммиака.
В лаборатории газообразный аммиак получают нагреваниемаммиачной воды или твердой смеси NH4Сl и Сa(OH)2:
2NH4Сl + Сa(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2О
Для осушения аммиака его пропускают через смесь извести седким натром.
Физические и химические свойства
Хорошо растворим в воде (700 объемов NH3 в 1 объеме водыпри комнатной температуре). Максимальная массовая концентрация (%) аммиака вводном растворе 42,8 (0°C), 33,1 (20°C), 23,4 (40°C). Плотность водныхрастворов 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 водномрастворе аммиак частично ионизирован, что обусловливает щелочную реакциюраствора:
NH3 + Н2О = NH4+ + ОН–
На самом деле молекул NH4ОН в растворе не существует.Атом N в молекуле аммиака связан тремя ковалентными связями с атомами водородаи сохраняет при этом одну неподеленную пару. Он не может быть соединен сатомами кислорода и водорода пятью полярными ковалентным и связями. Имеется ввиду 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 вводе. Растворы солей, образованные аммиаком и сильными кислотами, имеютслабокислую реакцию.
Смесь аммиака и воздуха взрывоопасна. Но горит аммиактолько в чистом кислороде бледным зеленым пламенем:
4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О,
применение платинового катализатора, образуется оксидазота (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 ссерой:
10S + 4 NH3 = 6 Н2S + N4S4
При 1000°C аммиак реагирует с углем, образуя HCN и частичноразлагаясь на азот и водород.
Применение
В промышленности аммиак используют при получении азотнойкислоты HNO3, в производстве азотных минеральных удобрений, в качествехладагента. Аммиачная вода является азотным удобрением. Нашатырный спирт используютв медицине.
Физиологическое действие
Аммиак ядовит, ПДК 20 мг/м3. Жидкий аммиак вызываетсильные ожоги. При содержании в воздухе 0,5% по объему аммиак сильно раздражаетслизистые оболочки. При остром отравлении поражаются глаза и дыхательные пути.При хроническом отравлении — расстройство пищеварения, катар верхнихдыхательных 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