Продолжение. См. № 45, 46, 47, 48/2003;
1, 2, 3, 4, 5/2004

Практическая работа 17.
Белки

Цели. Повторить и закрепить на основе эксперимента понятия о составе и структуре белковых молекул, приготовить водный раствор яичного альбумина, изучить способы его коагуляции и цветные качественные реакции.
Оборудование и реактивы. Штатив с пробирками (2 шт.), держатель для пробирок, водяная баня (электрическая), пипетка на 5–10 мл, двойной слой марли (2 фильтра), воронка стеклянная, трубка стеклянная, санитарная склянка, химический стакан на 50–100 мл, железный штатив с кольцом и лапкой; лакмусовая бумага нейтральная, растворы формалина ( = 40%, нейтрализованный),
NaCl ( = 10%), NaCl (насыщ.), Pb(CH₃COO)₂, Pb(NO₃)₂, CH₃COOH ( = 1%), CH₃COOH ( = 10%), водный аммиак (конц.), нитропруссид натрия Na₂[Fe(CN)₅NO] ( = 5%), CH₃COOH (ледяная),
H₂O (дистил.), NaOH ( = 15%), NaOH (конц.), CuSO₄ ( = 5%), яичный белок (свежий), H₂SO₄ (конц.), HNO₃ (конц.), соляная кислота, трихлоруксусная кислота, 5-сульфосалициловая кислота.

Белки – высокомолекулярные соединения, состоящие из макромолекул, в которых пептидной связью соединены между собой остатки аминокислот. Белки при гидролизе распадаются с образованием -аминокислот.

Задание 1. Многообразие (и трудности в синтезе) белков объясняется возможностями перестановки остатков аминокислот относительно друг друга. Число перестановок P_n = 1•2•3•… •n = n! Если, например, остатков аминокислот 4, Р₄ = 24, если 10, то Р₁₀ = 6 328 800. Составить формулы возможных первичных структур трипептида из остатков глицина, аланина и цистеина, назвать эти трипептиды.

Вследствие одновременного наличия в молекуле групп –СООН и –NH₂ белки амфотерны. Многие белки растворимы в воде, другие – только в растворах нейтральных солей, третьи – в кислотах и щелочах. Устойчивость растворов белков зависит от заряда и степени гидратации белковой молекулы. Уменьшение такой устойчивости ведет к коагуляции (осаждению) белков, т. е. к разрушению вторичной структуры. Коагуляция может быть и обратимой. Денатурация (необратимая коагуляция) происходит при действии концентрированных минеральных и органических кислот, фенола, формалина, спирта, алкалоидов, механических факторов, при нагревании.
Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную белковые структуры.
Свойства белков полностью зависят от их аминокислотного состава. Присутствие в белках определенных атомных групп (остатков аминокислот) определяется характерными для них цветными реакциями.

Ксантопротеиновая реакция. К 1 мл раствора белка добавить 5–6 капель концентрированной НNО₃ до появления белого осадка (или мути от свернувшегося под влиянием кислоты белка). При нагревании раствор и осадок окрасятся в ярко-желтый цвет (осадок почти полностью гидролизуется и растворится). Смесь охладить, добавить (осторожно, не взбалтывая) по каплям избыток концентрированного водного аммиака (или едкой щелочи) до щелочной реакции. Выпадающий сначала осадок кислотного альбумината растворится, жидкость окрасится в ярко-оранжевый цвет. Реакция протекает при наличии в белках остатков ароматических аминокислот (фенилаланин, тирозин, триптофан).
Биуретовая реакция. К 1–2 мл раствора белка добавить равный объем щелочи, затем 2–3 капли разбавленного (почти бесцветного) раствора медного купороса. Жидкость окрасится в красно-фиолетовый цвет (при малом содержании белка к его раствору в щелочи осторожно прибавить 0,5–1 мл раствора CuSO₄, окраска появится на границе слоев). Реакция обусловлена наличием в молекуле белка пептидных группировок –СО–NН– и характерна для всех белков. Окраска объясняется образованием комплексных соединений меди.
Примечание. Такой же эффект наблюдается у веществ небелкового происхождения, если в них содержатся группировки –СО–NH–, –СS–NH–, например, у биурета NH₂–CO–NH–СО–NH₂.
Расщепление щелочью. В пробирку налить 0,5–1 мл неразбавленного белка, добавить двойной объем концентрированного раствора щелочи, несколько «кипелок» (кусочков пемзы), осторожно кипятить смесь на водяной бане. Незначительный осадок растворится, выделится NH₃ (запах, посинение влажной красной лакмусовой бумажки). Жидкость разделить на две части. К первой пробе прилить раствор плюмбита натрия (к 1 мл раствора Pb(СН₃СОО)₂ прибавить по каплям раствор едкой щелочи до растворения Pb(ОН)₂). Появится желто-бурое или черное окрашивание. Во вторую пробу прибавить 2–3 капли свежеприготовленного Na₂[Fe(CN)₅NO], возникает красно-фиолетовое окрашивание.
При действии едких щелочей белки подвергаются частичному гидролизу. Одновременно происходит отщепление аминогрупп с образованием NH₃. При наличии в белке остатков цистина или цистеина из них отщепляется ион S^2–, обнаруживаемый с помощью Pb²⁺:

(Нитропруссид натрия – реактив на S^2–.)

Практическая работа 18.
Гетероциклические соединения

Цели. На основе демонстрационного эксперимента повторить и закрепить сведения о получении, составе, структуре, характерных реакциях и практической значимости гетероциклических соединений.
Оборудование и реактивы. Водяная баня (электрическая), спиртовая горелка, спички, фильтровальная бумага (полоски), шпатель (2 шт.), санитарная склянка, асбестовая сетка, штатив с пробирками и пробками к ним (2 шт.), железный штатив с кольцом и лапкой, держатель для пробирок, часовое стекло (2 шт.); сухие древесные опилки (мелкие), сухие животные кости (раздробленные), широкая (2–2,5 см) сосновая лучина, чай сухой (0,5 г), кофеин (10 мг),
H₂O (дистил.), KMnO₄ (разбавленный до розовой окраски раствор), H₂SO₄ (конц.), лекарственный препарат типа кофицила (1 таблетка – 30–50 мг кофеина), HCl (разб., 1:1), HCl (конц.) (соляная кислота), H₂O₂ (р-р, = 5%), водный аммиак (конц.), С₆Н₆ (чистый), бензол технический,
изатин (1 кристалл), анилин.

К гетероциклическим соединениям относят вещества, молекулы которых содержат кольца, состоящие из атомов углерода и других элементов (O, N, S). Важнейшими являются пяти- и шестичленные циклические соединения, многие из которых имеют биологическое значение. Гетероциклические ядра входят в состав молекул многих витаминов, активных групп ферментов и пр. Растительные алкалоиды, обладающие сильным физиологическим действием на организм животных и человека, часто включают гетероциклы.

Азотистые основания, остатки молекул которых входят в состав нуклеиновых кислот, – это производные азотистых гетероциклических соединений – пиримидина и пурина.

Шестичленные гетероциклы

Представитель шестичленных азотсодержащих гетероциклов – пиридин С₅Н₅N (бесцветная жидкость с неприятным запахом).
Известно, что это вещество: хорошо растворимо в воде;
не обесцвечивает раствор KMnО₄ даже при нагревании;
не вызывает посинения красного лакмуса;
при взаимодействии его раствора с концентрированной HCl получается кристаллический продукт.

Задание 1. Объяснить свойства пиридина особенностями электронной структуры молекулы гетероцикла, сравнить структурную форму этого вещества с формулами бензола и пиримидина.

Пятичленные гетероциклы

Задание 2. На основании особенностей электронной структуры объяснить:
почему пиррол по сравнению с пиридином плохо растворим в воде;
если пиридин свободно присоединяет бромную воду, то пиррол вообще не способен к характерным реакциям непредельных углеводородов и по своим свойствам ближе к аренам;
основные свойства пиррола (способность притягивать Н⁺) выражены очень слабо;
у пиррола появляется способность замещения водорода по связи N–Н активным металлом (кислотные свойства).

В лабораторных условиях пиррол получают сухой перегонкой веществ из животной костной ткани (он входит в состав желто-красного костного масла).

Производное фурана – фурфурол С₅Н₄О₂ (С₄Н₃О–СНО) – легко получается из пентозанов (полисахаридов из пентоз), которые вместе с клетчаткой входят в состав древесины, соломы, скорлупы орехов, подсолнечной шелухи и пр. Фурфурол является заменителем формальдегида при получении пластмасс (он дешевле), применяется как растворитель.

Фурфурол конденсируется с анилином с образованием красителя красного цвета.