какое действие формальдегида иллюстрирует опыт с белком

ЦВЕТНЫЕ И ИМЕННЫЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА БЕЛКИ

История химии в школьном курсе

РЕАКЦИЯ ПИОТРОВСКОГО (БИУРЕТОВАЯ РЕАКЦИЯ)

В белках аминокислоты связаны друг с другом по типу полипептидов и дикетопиперазинов. Образование полипептидов из аминокислот происходит путем отщепления молекулы воды от аминогруппы одной молекулы аминокислоты и карбоксильной группы другой молекулы:

Образующаяся группа –С(О)–NН– называется пептидной группой, связь С–N, соединяющая остатки млекул аминокислот, – пептидной связью.

При взаимодействии дипептида с новой молекулой аминокислоты получается трипептид и т. д.

Дикетопиперазины образуются при взаимодействии двух молекул аминокислот с отщеплением двух молекул воды:

Дикетопиперазины были выделены из белков Н.Д.Зелинским и В.С.Садиковым в 1923 г.

Наличие в белке повторяющихся пептидных групп подтверждается тем, что белки дают фиолетовое окрашивание при действии небольшого количества раствора медного купороса в присутствии щелочи (биуретовая реакция).

Реакция идет по схеме:

Это реакция на цистеин и цистин. При щелочном гидролизе «слабосвязанная сера» в цистеине и цистине достаточно легко отщепляется, в результате чего образуется сероводород, который, реагируя со щелочью, дает сульфиды натрия или калия. При добавлении ацетата свинца(II) образуется осадок сульфида свинца(II) серо-черного цвета.

Описание опыта. В пробирку наливают 1 мл раствора цистина, прибавляют 0,5 мл 20%-го раствора гидроксида натрия. Смесь нагревают до кипения, а затем добавляют 0,5 мл раствора ацетата свинца(II). Наблюдается выпадение серо-черного осадка сульфида свинца(II):

Описание опыта. В пробирку наливают 5 капель 1%-го раствора глицина и прибавляют 1 каплю индикатора метилового красного. Раствор окрашивается в желтый цвет (нейтральная среда). К полученной смеси добавляют равный объем 40%-го раствора формальдегида (формалин). Появляется красное окрашивание (кислая среда):

Это реакция на аминокислоту глицин.

В таких солях ион меди координационными связями соединен с аминогруппами.

Описание опыта. В пробирку наливают 3 мл 3%-го раствора сульфата меди(II), добавляют несколько капель 10%-го раствора гидроксида натрия до образования голубого осадка. К полученному осадку гидроксида меди(II) приливают 0,5 мл концентрированного раствора глицина. При этом образуется темно-синий раствор глицината меди:

Описание опыта. В пробирку наливают 1 мл раствора тирозина и добавляют 0,5 мл концентрированной азотной кислоты. Смесь нагревают до появления желтой окраски. После охлаждения добавляют 1–2 мл 20%-го раствора гидроксида натрия до появления оранжевой окраски раствора:

Описание опыта. В пробирку наливают около

0,5 мл раствора уксуснокислого свинца и прибавляют раствор едкого кали до растворения образовавшегося осадка гидроксида свинца. В другую пробирку наливают

Триптофан, реагируя в кислой среде с альдегидами, образует окрашенные продукты конденсации. Например, с глиоксиловой кислотой (являющейся примесью к концентрированной уксусной кислоте) реакция протекает по уравнению:

По аналогичной схеме протекает и реакция триптофана с формальдегидом.

В ходе проведенного исследования мы выявили по литературным источникам имеющуюся информацию о цветных качественных реакциях на белковые аминокислоты; выполнили ряд перечисленных реакций и составили базу данных. Эта база может быть использована в школьной практике как в теоретическом плане, так и в практическом, т. к. мы приводим краткие, но подробные описания выполнения всех опытов.

Из предложенных 18 качественных реакций каждая практически осуществима в школьном курсе химии и имеет важное практическое значение. Сопровождение реакций химическими уравнениями конкретизирует и углубляет знания по биологической и органической химии, особенно знания учащихся специализированных биологических и химических классов.

Использованная литература

Ермаков А.Н., Арасимович В.В., Смирнова-Иконникова М.И., Мирри И.К. Методы биохимического исследования растений. М.,1952, 520 с.
Полянская А.С., Шевелева А.О. Методическая разработка по лабораторным работам: «Аминокислоты» и «Белки». Л., 1976, 37 с.
Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии. 1999, 541 с.
Руководство к практическим занятиям по органической химии. Под ред. В.М.Родионова. М., 1954, 111 с.
Соловьев Н.А. Лабораторные работы по биологической химии. Методическая разработка. СПб., 1996, 70 с.
Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А. Практикум по общей биохимии. М., 1982, 311 с.

З.Саитов, С.В.Телешов, Б.Харитонцев,
секция «Юный химик» РХО им. Д.И.Менделеева (г. Тобольск)

Источник

Опыт 1. Амфотерные свойства глицина 1 часть

В пробирку помещают 0,5 мл раствора глицина и добавляют 1 каплю метилового красного.

В пробирку добавляют 2 капли раствора формальдегида.

1. Что такое амфотерность? Почему это явление проявляется у аминокислот?

2. Каков цвет индикатора метилового красного при добавлении его к глицину? Почему?

3. Напишите схему реакции взаимодействия глицина с формальдегидом. Почему изменилась окраска индикатора?

Опыт 2. Свертывание белков

В четыре пробирки помещают по 0,5 мл раствора яичного белка. Содержимое первой пробирки нагревают до кипения, охлаждают и растворяют в воде. В остальные пробирки добавляют соответственно раствор формальдегида, этанол и уксусную кислоту.

1. Какие изменения происходят в структуре белка при нагревании? Меняется ли его первичная структура? Как называется процесс свертывания белков? Почему свернувшийся белок не растворяется в воде?

2. Что происходит с белком при добавлении формальдегида? Какое действие формальдегида иллюстрирует опыт? Где данная реакция находит применение в быту?

3. Что наблюдаете при добавлении к белку спирта и кислоты?

Опыт 3. Реакция аминокислот с хлоридом железа (III)

К 1 мл раствора глицина добавляют 2 капли раствора хлорида железа (III).

Что доказывает данная реакция? Напишите уравнение реакции.

Опыт 4. Реакция с солями меди

В пробирку наливают 1 мл раствора глицина и вносят по кристаллику медного купороса и ацетата натрия.

1. Опишите наблюдаемое явление. Объясните возможность протекания данной реакции. Напишите уравнение реакции.

2. Зачем необходим ацетат натрия?

Опыт 5. Осаждение белка солями тяжелых металлов

Берут две пробирки и помещают в них по 1 мл раствора яичного белка. В первую пробирку добавляют 1 каплю раствора сульфата меди (II), во вторую – 1 каплю раствора ацетата свинца.

1. Наличие каких функциональных групп обуславливает взаимодействие белка с солями тяжелых металлов?

2. Составьте схемы реакций, лежащих в основе процесса осаждения белка солями тяжелых металлов.

Опыт 6. Биуретовая реакция на белки

В пробирку помещают 1 мл раствора яичного белка, 1 мл раствора гидроксида натрия и 1–2 капли раствора сульфата меди.

1. Напишите схему реакции биурета с гидроксидом меди (II). Наличие какого структурного фрагмента в молекуле необходимо для положительной биуретовой реакции?

2. Можно ли считать данную реакцию качественной на белок?

Опыт 7. Ксантопротеиновая реакция

В пробирку вводят 1 мл водного раствора белка и 0,5 мл концентрированной азотной кислоты. Смесь осторожно нагревают. После охлаждения добавляют к реакционной смеси по каплям концентрированный раствор аммиака.

1. Какие аминокислоты можно обнаружить с помощью данной реакции? На примере соответствующей аминокислоты напишите реакцию ее взаимодействия с азотной кислотой.

2. Чем объясняется изменение окраски (какой?) после добавления раствора аммиака? Можно ли считать данную реакцию качественной на белки?

Опыт 8. Реакция на серу

В пробирку помещают комочек белой шерстяной пряжи, 0,5 мл раствора гидроксида натрия, 3–4 капли раствора ацетата свинца и нагревают содержимое пробирки в пламени спиртовки.

1. Опишите наблюдаемое явление. Напишите уравнение реакции.

2. Какие белки дают качественную реакцию на серу?

В общем выводе о работе ответьте ответы на следующие вопросы:

1. В чем проявляется двойственность химических функций аминокислот? Как это можно доказать?

2. Что такое денатурация белка?

3. Какие качественные реакции на белки вы изучили? Какие структурные фрагменты белков они позволяют обнаружить?

Лабораторная работа № 9*

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЗАДАЧА (УИРС)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:составить таблицу качественных реакций на изучаемые в малом практикуме классы органических соединений. Повторить именные названия реагентов. Выполнить экспериментальную задачу по распознаванию органических соединений.

Просмотрите лабораторные работы за весь курс малого практикума по органической химии и составьте таблицу качественных реакций.

Пример таблицы приведен ниже.

После заполнения таблицы и защиты ее у преподавателя получите у лаборанта контрольную задачу (набор неизвестных веществ).

Вопросы и задания:

Установите, к какому классу органических соединений они относятся. Результаты занесите в таблицу, аналогичную предыдущей, но для исследованных классов соединений. Сделайте вывод о проделанной работе.

* Работа является необязательной и оценивается в качестве призового фонда.
Задания для самостоятельной работы

СРС-1 «Алканы»

1. Какова общая формула гомологического ряда алканов?

Напишите структурные формулы и назовите изомеры состава C₄H₁₀. Чем отличаются структурные изомеры? Отметьте в этих формулах первичные, вторичные и третичные атомы углерода.

2. Какова общая формула гомологического ряда алкинов?

3. Напишите структурные и электронные формулы радикалов состава C₄H₉— и назовите их. Сколько электронов во внешнем слое имеет атом углерода, содержащий неспаренный (радикальный) электрон?

4. Напишите структурные формулы радикалов состава C₅H₁₁— и назовите их. Какие радикалы относятся к первичным, вторичным, третичным?

5. Напишите сокращенные структурные формулы изомеров состава C₆H₁₄, отметьте в них первичные, вторичные, третичные, четвертичные углеродные атомы и назовите по рациональной и современной международной номенклатурам.

6. Напишите структурные формулы изомеров гептана, содержащих третичные углеродные атомы и назовите их.

7. Напишите структурные формулы изомеров октана, содержащих четвертичные углеродные атомы, и назовите их.

14-19. Напишите структурные формулы приведенных ниже соединений в более удобном для составления названия виде и назовите их по рациональной номенклатуре:

20-27. Напишите структурные формулы и назовите по современной международной номенклатуре следующие соединения:

28-30. Напишите структурные формулы и назовите по рациональной номенклатуре:

31. Какие способы получения алканов вам известны? Проиллюстрируйте их на примере синтеза пропана.

32-34. Какие соединения образуются при каталитическом гидрировании:

35-38. Какие вещества получатся при нагревании с йодистым водородом (в запаянных трубках) веществ:

37. пропилового спирта СH₃ – CH₂ – CH₂OH

38. изопропилового спирта (CH₃)₂CHOH

39-40. Какие вещества образуются при действии металлического натрия на следующие смеси алкилгалогенидов:

39. этилиодид и изопропилиодид

40. изобутилиодид и пропилиодид

41-44. Из каких соединений можно синтезировать по реакции Вюрца (написать схемы реакций):

45. Исходя из изобутилбромида предложить путь получения изобутана и углеводорода с удвоенным числом углеродных атомов.

46-49. Какие вещества получаются при сплавлении с натронной известью натриевых солей следующих кислот (написать уравнения реакций и назвать полученные соединения):

50-51. Укажите три способа получения:

50. бутана 51. 2,4-диметилпентана

52. Как влияет наличие разветвлений в углеродной цепи алканов на температуры кипения и плавления изомеров? Привести примеры.

54.* Какой из структурных изомеров алкана с молекулярной массой 86 может дать только два монобромпроизводных? Сколько дибромпроизводных он может дать?

55.* При термическом хлорировании изопентана образовалась следующая смесь изомерных продуктов: 30% 1-хлор-2-метилбутана, 15% 1-хлор-3-метилбутана, 33% 2-хлор-3-метилбутана, и 22% 2-хлор-2-метилбутана. Напишите схему общего механизма реакции. Рассчитайте сравнительную реакционную способность атомов водорода у первичного, вторичного и третичного атомов углерода в реакции хлорирования.

56.* Напишите формулы изомерных монохлорпроизводных, образующихся при хлорировании 2,2,4-триметилпентана. Каким будет относительное содержание изомеров (в %), если соотношение скоростей реакции замещения водорода у первичного, вторичного и третичного углеродных атомов составляет 1:3,3:4,4?

57. Образец 2-метилпропана смешивают с равным объемом хлора и проводят реакцию при нагревании. Продукты реакции (2-хлор-2-метилпропан и 1-хлор-2-метилпропан) образуются в мольном соотношении 1:2. Какой водородный атом замещается легче: у первичного или третичного атома?

58. 2-метилпропан подвергнут хлорированию; смесь монохлорпроизводных обработана металлическим натрием. Какие углеводороды могут быть получены в результате этих реакций?

59. Приведите механизм реакции нитрования н-гексана с образованием вторичного нитрогексана.

60. При нитровании одного из изомеров пентана получено только первичное нитросоединение. Напишите структурную формулу этого нитросоединения. Предложите синтез исходного углеводорода по реакции Вюрца.

61. Какие вещества могут образоваться при крекинге гексана?

62-64. Какой объем воздуха (считая, что в нем содержится 20% кислорода) необходим для сожжения:

62. 1 л метана 63. 1 л пропана 64. 1 л бутана

65-67. Какой объем углекислого газа образуется при сгорании 1 л:

65. метана 66. пропана 67. бутана

68. Какой объем кислорода необходим для сгорания 2 г метана?

69. Образец вещества с массой 2,15 мг при сожжении дал 6,6 мг углекислого газа, 3,15 мг воды. Молекулярная масса вещества 86. Найдите его молекулярную формулу и напишите формулы всех его изомеров.

70. Вещество имеет состав: С – 83,3%, H – 16,7%. При комнатной температуре оно газообразно. 1 л газа этого вещества весит 3,21 г (условия нормальные). Каковы его молекулярная и наиболее вероятная структурная формулы?

СРС-2 «Алкены»

71. Какова общая формула углеводородов гомологического ряда алкенов? Объясните причину изомерии различных гомологических рядов на примере пропилена и циклопропана. Укажите типы связей в этих соединениях.

72. Напишите структурные формулы изомерных углеводородов разных гомологических рядов, имеющих молекулярную формулу C₄H₈

73. Напишите структурные формулы всех изомерных алкенов состава C₅H₁₀. Назовите их по рациональной и современной международной номенклатурам. Укажите, какие изомеры отличаются структурой углеродного скелета, а какие положением двойной связи.

74-78. Напишите структурные формулы и назовите по современной международной номенклатуре:

74. α,α – диметилэтилен (асимметричный)

75. α,β – диметилэтилен (симметричный)

76. α,α – метилизопропилэтилен (асимметричный)

77. α,β – дитретбутилэтилен (симметричный)

79-84. Напишите формулы и назовите по рациональной номенклатуре следующие соединения:

85-96. Назовите по рациональной и современной международной номенклатурам следующие соединения:

97-100. Напишите структурные формулы соединений со следующими углеродными скелетами:

101. Напишите формулы геометрических изомеров бутена-2.

102-105. Напишите формулы цис- и транс- изомеров для соединений, имеющих приведенные ниже углеродные скелеты, и назовите их:

106. Напишите структурные формулы (с учетом конфигурации) цис-пентена-2 и транс-2-метилгексена-3.

107-108. Каковы главные продукты следующих реакций:

109. Какие вещества можно получить при каталитическом дегидрировании бутана и пентана?

110-111. Дегидратацией каких спиртов можно получить (назовите эти алкены по рациональной номенклатуре):

110. 2-метилбутен-2 111. 4-метилпентен-1

112-113. Из каких бромпроизводных при действии спиртового раствора едкого калия можно получить:

112. 2,3-диметилбутен-2 113. 2,5-диметилгексен-2

114-120. Исходя из йодопроизводных алканов получите:

121-124. Какие вещества получатся при действии цинковой пыли на следующие дигалогенопроизводные (напишите уравнения реакций и назовите полученные соединения по современной международной номенклатуре):

125-126. Какие продукты преимущественно должны образоваться при действии спиртового раствора едкого калия на приведенные ниже соединения, если отщепляется только одна молекула бромистого водорода:

127. Дегидратацией каких спиртов можно получить 2,4-диметилпентен-2? Какие соединения при дегидрогалогенировании образуют 2,4-диметилпентен-2?

128-130. Какие углеводороды можно получить при дегидрогалогенировании:

131-133. Объясните механизм реакции электрофильного присоединения бромистого водорода по стадиям к (в каких случаях следует руководствоваться правилом Марковникова):

134-136. Какие вещества получатся при взаимодействии третбутилэтилена со следующими реагентами:

136. щелочной раствор KMnO₄ на холоду

137-138. Запишите следующие схемы превращений:

137. 1-бром-2-метилбутан ==========è A ==========è B

138. 2-бром-2-метилбутан ========è В ===========è Г=====èD

139. Какое вещество получится при действии на 2-метилбутен-1 бромистым водородом и затем металлическим натрием?

140. Какие из изомеров пентена могут быть использованы для получения третичных спиртов?

141-143. Напишите уравнения реакций окисления пропилена и α,β-диметилэтилена в различных условиях:

141. горение на воздухе

142. действие щелочного раствора KMnO₄ на холоду.

143. действие раствора KMnO₄ в присутствии кислоты при нагревании.

144-147. Какие продукты получатся при окислении в жестких условиях:

148. При окислении в жестких условиях углеводорода C₇H₁₄ образовались уксусная (CH₃COOH) и изовалериановая (CH₃)₂CHCH₂COOH кислоты. Какова формула исходного олефина? Назовите его.

149. Установите формулу олефина, зная, что при его окислении образовались пропионовая кислота (CH₃CH₂COOH), диоксид углерода и вода.

150.* Какие вещества образуются при озонолизе 3,4-диметилгексен-2? Приведите схему реакции озонолиза, назовите исходный углеводород по рациональной номенклатуре.

151-152.* При озонолизе олефинов получены смеси, напишите схемы реакций озонолиза, назовите исходные углеводороды:

151. уксусный (CH₃CHO) и масляный CH₃(CH₂)₂CHO альдегиды

152. ацетон (CH₃)₂CO и пропионовый альдегид (CH₃CH₂CHO)

153.* Каково строение циклоалкена, если установлено, что при его озонолизе образуется адипиновый альдегид OHC(CH₂)₄CHO?

154. Спирт молекулярной формулы C₆H₁₄O путем дегидратации превратили в олефин C₆H₁₂, а при окислении последнего хромовой смесью получили ацетон (CH₃)₂CO. Какое строение имели олефин и исходный спирт?

155.* Вещество состава C₆H₁₃I обработано спиртовым раствором едкого калия. Полученный продукт подвергнут озонолизу, в результате чего образовалась смесь уксусного и изомасляного (CH₃)₂CHCHO альдегидов. Какова структура исходного алкилиодида?

156.* Углеводород состава C₆H₁₂ обеспечивает раствор брома, растворяется в концентрированной H₂SO₄. При гидрировании дает н-гексан, а при окислении в жестких условиях – смесь двух кислот с неразветвленными углеродными скелетами. Какова структура углеводорода?

157.* Какие вещества образуются при димеризации триметилэтилена в присутствии H₂SO₄ и последующем каталитическом гидрировании? Назовите полученные соединения по современной международной номенклатуре.

158-159. При помощи каких реакций можно осуществить следующие превращения:

158. пентен-1 → пентен-2

159. 2-метилбутен-1 → 2-метилбутен-2

160-164. Каким образом, используя только данное органическое вещество и необходимые неорганические реагенты провести следующие синтезы:

160. пропан → 1,2-дибромпропан

161. 2-бромбутан → 1,2-дибромбутан

162. 1-хлорбутан → 2-иодбутан

163. пропилен → 2,3-диметилбутан

164. изобутан → 1,2-дибром-2-метилпропан

165-167. Каким путем можно осуществить следующие превращения

168. Определите молекулярную массу олефина, зная, что 0,7 г. этого вещества присоединяют 1,6 г. брома. Напишите структурные формулы изомеров и назовите их.

169. 0,5 г. Смесь пентана и пентена-1 обесцвечивают 2,5 мл. раствора брома (в 1 литре CCl₄ растворено 160 г. брома). Каково содержание пентена-1 в смеси (в %)?

170. 1 моль углеводорода присоединяет 1 моль брома. Плотность паров продукта присоединения по водороду равна 108. Каковы возможные структуры углеводорода?

171. При обработке 1 г бутилиодида спиртовым раствором щелочи получено 32мл. бутена-1. Каков выход продукта в процентах от теоретического?

СРС-3 «Алкины»

172-174. Напишите электронные формулы молекул. Обозначьте состояние гибридизации каждого атома углерода.

172. Ацетилена 173. Метилацетилена 174. Диметилацетилена

175. Какова общая формула гомологического ряда алкинов? Напишите структурные формулы алкинов состава C₅H₈ и назовите их по рациональной и современной международной номенклатурам.

176-179. Напишите структурные формулы алкинов и назовите их по рациональной номенклатуре?

180-183. Напишите структурные формулы. Назовите эти соединения по современной международной номенклатуре:

184. Напишите структурные формулы алкинов состава C₇H₁₂, имеющие в главной цепи пять атомов углерода.

185-189. Назовите приведенные ниже соединения:

190-193. Напишите полные структурные формулы алкинов, имеющих указанные ниже углеродные скелеты. Назовите эти соединения как производные метана и по современной международной номенклатуре:

194-195. Какие соединения получатся при действии спиртового раствора едкого калия на:

194. 1,2-дибромбутан 195. 1,1-дибромбутан

196. Напишите уравнения реакций получения диметилацетилена различными способами.

197-198. При помощи каких реакций можно получить:

197. бутин-1 из бутена-1 198. метилацетилен из пропилена

199-201. Напишите схемы реакций получения:

199. 3-метилбутина-1 из 3-метилбутена-1

200. 3-метилбутина из изопропилового спирта

201. метилизопропилацетилена из 4-метилпентена-1

202-205. Какие дибромпроизводные алканов нужно взять в качестве исходных веществ, чтобы получить:

206-207. Напишите возможные структурные формулы алкинов, при гидрировании которых могут образоваться:

Источник