ГДЗ по химии, 10 класс, Еремин, номер 64.11: Аминокислоты

Глутаминовая кислота является β-аминокислотой (по систематической номенклатуре — 2-аминопентандиовая кислота). Её формула:

В молекуле присутствуют две карбоксильные группы: одна находится при β-углеродном атоме относительно аминогруппы (или β-положение к другой COOH), а вторая — в конце цепи (β,β-дикарбоновая кислота по отношению к амину, если считать от NH2, то это β-аминоглутаровая кислота? Нет, давайте назовем правильно).

Структурная формула:

• C1: -COOH (карбонильный углерод)
• C2: -CH(NH₂)- (альфа-углерод с аминогруппой)
• C3: -CH₂- (бета-углерод)
• C4: -CH₂- (гамма-углерод)
• C5: -COOH (дельта-углерод карбоксильной группы)

Декарбоксилированию подвергается та карбоксильная группа, которая находится в β-положении к аминогруппе или к другой функциональной группе, стабилизирующей переходное состояние. В случае дикарбоновых кислот, где одна из групп находится в β-положении к другой, такое соединение легко теряет CO₂. Однако в аминокислотах ключевым фактором является положение относительно аминогруппы.

Глутаминовая кислота имеет структуру: HOOC-CH₂-CH₂-CH(NH₂)-COOH. Здесь карбоксильная группа при C5 находится в β-положении к карбоксильной группе при C1? Нет. Давайте посмотрим на классическое правило: β-кето- и β-дикарбоновые кислоты декарбоксилируются легко. Аминокислоты также могут декарбоксилироваться ферментативно или термически.

При нагревании или ферментативном воздействии у глутаминовой кислоты отщепляется углекислый газ от той карбоксильной группы, которая находится в β-положении к аминогруппе? Нет, у глутаминовой кислоты обе группы не являются β-к группе к NH2 в прямом смысле для простого отрыва без катализатора, но биохимически и химически наиболее лабильна связь, приводящая к образованию стабильного продукта.

Рассмотрим реакцию отщепления CO₂ от терминальной карбоксильной группы (C5). Если мы оторвем CO₂ от C5, останется цепь из 4 атомов углерода с двумя функциональными группами на концах? Нет, тогда получится гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).

Проверим: Глутаминовая кислота (C₅H₉NO₄) минус CO₂ дает C₄H₉NO₂. Это формула гамма-аминомасляной кислоты (4-аминомасляной кислоты).

Структура ГАМК: H₂N-CH₂-CH₂-CH₂-COOH.

Давайте запишем уравнение реакции:

Здесь происходит отщепление карбоксильной группы от β-углеродного атома относительно другой карбоксильной группы? Формально, это декарбоксилирование β-аминокислоты? Нет, глутаминовая — это β-аминодиоксикислота? Нет, она β-аминоглутаровая? Нет, это 2-аминопентандиовая кислота.

Ключевой момент: При декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Это важный нейромедиатор.

Реакция протекает через шестичленное циклическое переходное состояние, характерное для β-кето- и β-дикарбоновых кислот, а также для некоторых аминокислот при наличии соответствующих условий (ферменты или высокая температура).

У глутаминовой кислоты карбоксильная группа при C5 находится в β-положении к карбоксильной группе при C1? Расстояние между ними: C1-C2-C3-C4-C5. Это не β-положение друг к другу. Но аминогруппа при C2 может участвовать в стабилизации.

Однако, стандартным учебным примером декарбоксилирования глутаминовой кислоты является образование гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Фермент глутаматдекарбоксилаза катализирует именно эту реакцию.

Химически это можно представить как отрыв CO₂ от концевой группы, с последующим перераспределением электронов и протонированием образующегося карбаниона (или его аналога) до метиленовой группы.

Исходное вещество: Глутаминовая кислота. Продукт: Гамма-аминомасляная кислота (4-аминомасляная кислота).

Состав глутаминовой кислоты: C₅H₉NO₄. Отнимаем CO₂: C₅H₉NO₄-CO₂=C₄H₉NO₂. Формула C₄H₉NO₂ соответствует 4-аминомасляной кислоте (гамма-аминомасляной кислоте).

Структурная формула продукта: H₂N-CH₂-CH₂-CH₂-COOH

Таким образом, веществом, которое образуется при декарбоксилировании глутаминовой кислоты, является гамма-аминомасляная кислота.