Ισολευκίνη

Ισολευκίνη
Γενικά
Όνομα IUPAC	2-αμινο-3-μεθυλοπεντανικό οξύ
Άλλες ονομασίες	Ισολευκίνη
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C6H13NO2
Μοριακή μάζα	131,17 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CH(CH3)CH(NH2)COOH
Συντομογραφίες	ile, I
Αριθμός CAS	73-32-5
SMILES	CCC(C)C(N)C(=O)O
InChI	1S/C6H13NO2/c1-3-4(2)5(7)6(8)9/h4-5H,3,7H2,1-2H3,(H,8,9)/t4-,5-/m0/s1
Αριθμός EINECS	200-773-6
Αριθμός UN	04Y7590D77
PubChem CID	791
ChemSpider ID	6067
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	>175
Οπτικά ισομερή	4
Φυσικές ιδιότητες
Διαλυτότητα στο νερό	διαλυτή
Εμφάνιση	λευκό κρυσταλλικό στερεό
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Η ισολευκίνη ή 2-αμινο-3-μεθυλοπεντανικό οξύ (συμβολίζεται με Ile ή I) είναι ένα α-αμινοξύ με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂CH(CH₃))CH(NH₂)COOH. Η ισολευκίνη είναι ένα από τα πρωτεϊνογόνα αμινοξέα. Οι τριπλέτες της είναι: AUU, AUC και AUA. Ανήκει στα απαραίτητα αμινοξέα, δηλαδή σε αυτά που δεν μπορεί να βιοσυνθέσει ο ανθρώπινος οργανισμός και πρέπει να λαμβάνονται έτοιμα, με την τροφή. Επειδή το τμήμα του μορίου της από το #2 άτομο άνθρακα και μετά [R = CH₃CH₂CH(CH₃)-, δηλαδή δευτεροταγές βουτύλιο] είναι ένα αλκύλιο, ταξινομείται στα «υδρόφοβα» αμινοξέα. Είναι ένα σημαντικό συστατικό υπομονάδων της φερριτίνης, της αστακίνης και άλλων αμυντικών και μεταφορικών πρωτεϊνών.

Ισομέρεια

Με βάση το χημικό τύπο της, C₆H₁₃NO₂, έχει πολλά ισομερή θέσης, τα σημαντικότερα από τα οποία είναι τα ακόλουθα αμινοξέα:

1. 6-αμινεξανικό οξύ
2. Λευκίνη

Δομή

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp3-1s	109 pm	3% C- H+
C#1'-C#3	σ	2sp3-2sp3	154 pm
C#5-C#4	σ	2sp3-2sp3	154 pm
C#4-C#3	σ	2sp3-2sp3	154 pm
C#3-C#2	σ	2sp3-2sp3	154 pm
C#2-C#1	σ	2sp3-2sp2	151 pm
C-N	σ	2sp3-2sp3	152 pm	6% C+ Ν-
Ν-H	σ	2sp3-1s	101,7 pm	17% N- H+
C=O	σ	2sp2-2sp2	132 pm	19% C+ O-
	π	2p-2p
C-O	σ	2sp2-2sp3	147 pm	19% C+ O-
O-H	σ	2sp3-1s	96 pm	32% O- H+
Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο
-O	-0,51
-N	-0,40
=O	-0,38
C#1'	-0,09
C#5	-0,09
C#4	-0,06
C#3	-0,03
H(CH)	+0,03
C#2	+0,03
H(NH2)	+0,17
H(OH)	+0,32
C#1	+0,57

Παραγωγή

Βιοσύνθεση

Ως ένα βασικό αμινοξύ, η ισολευκίνη δεν μπορεί να συνθεθεί από τα ζώα, και γι' αυτό πρέπει να προσλαμβάνεται έτοιμη με την τροφή, συνήθως ως συνστατικό των πρωτεϊνών. Μπορεί όμως να βιοσυνθεθεί από τα φυτά και από μικροοργανισμούς, μέσω αρκετών σταδίων, αρχίζοντας από το πυροσταφυλικό οξύ και το α-κετογλουταρικό οξύ. Τα ένζυμα που εμπλέκονται στην τυπική βιοσύνθεση της λευκίνης είναι τα ακόλουθα::

1. Ακετογαλακτική συνθετάση.
2. Ισομεραναγωγάση των ακετοϋδροξυοξέων.
3. Αφυδατάση των διυδροξυοξέων.
4. Αμινοτρανσφεράση της βαλίνης.

Άλλες μέθοδοι

Μέσω αλογόνωσης 3-μεθυλοπεντανικού οξέος

Ρακεμικό μίγμα λευκίνης μπορεί να παραχθεί μέσω αλογόνωσης του 3-μεθυλοπεντανικού οξέος:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2}COOH+X_{2}{\xrightarrow {P}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHXCOOH+HX}$

1. Το α-αλοξύ που προκύπτει έτσι, επιδράται με αμμωνία:

$\mathrm {(CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHXCOOH+2NH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+NH_{4}X}$

• Όπου X χλώριο, βρώμιο ή ιώδιο.

2. Μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων και αλαμίνης με εστεροποίηση για «προστασία» της καρβοξυλομάδας:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHXCOOH+ROH{\stackrel {-H_{2}O}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHXCOOR{\xrightarrow[{|Et_{2}O|}]{+Mg}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(MgX)COOR{\xrightarrow[{-MgX_{2}}]{+NH_{2}X}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOR{\stackrel {+H_{2}O}{\overrightarrow {\longleftarrow }}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+ROH}$

3. Με φθαλιμιδικό κάλιο (σύνθεση Gabriel):

$\mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHXCOOH{\xrightarrow[{+2H_{2}O}]{-KBr}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+}$

Αντίδραση Stracker

Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH₃) σε 2-μεθυλοβουτανάλη [CH₃CH₂CH(CH₃)CHO):

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHO+HCN+NH_{3}{\xrightarrow {-H_{2}O}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})CN{\xrightarrow {+2H_{2}O}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+NH_{3}}$

Με αναγωγική αμμωνίωση του αντίστοιχου κετοξέος

Με αναγωγική αμμωνίωση 3-μεθυλο-2-οξοπεντανικού οξέος::

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})COCOOH+2NH_{3}{\xrightarrow {-H_{2}O}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})C(=NH)COONH_{4}{\xrightarrow[{Ni}]{+H_{2}}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COONH_{4}{\xrightarrow {+HCl}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+NH_{4}Cl}$

Με αναγωγή του αντίστοιχου νιτροξέος

Από 3-μεθυλο-2-νιτροπεντανικό οξύ με αναγωγή:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NO_{2})COOH+2Fe+6HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+2FeCl_{3}+2H_{2}O}$

• Το 3-μεθυλο-2-νιτροπεντανικό οξύ παράγεται από το αντίστοιχο α-αλοπροπανικό οξύ:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHXCOOH+AgNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NO_{2})COOH+AgX\downarrow }$

Από δευτεροταγές βουτυλομηλονικό οξύ

Από δευτεροταγές βουτυλομηλονικό οξύ με μετροπή σε μονοαμίδιο και αποικοδόμηση-μετάθεση Hofmann:

$\mathrm {HOOCCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}]COOH+ROH{\xrightarrow {}}HOOCCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}]COOR+H_{2}O}$
$\mathrm {HOOCCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}]COOR+SOCl_{2}{\xrightarrow {}}ClOCCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}]COOR+SO_{2}+HCl}$
$\mathrm {ClOCCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}]COOR+NH_{3}{\xrightarrow {}}H_{2}NOCCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}]COOR+HCl}$
$\mathrm {H_{2}NOCCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3}]COOR+KBrO{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOR+KBr+CO_{2}}$
$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOR+H_{2}O{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+ROH}$

Από το αντίστοιχο αμινονιτρίλιο

Από 2-αμινο-3-μεθυλοπεντανονιτρίλιο με υδρόλυση:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})CN+2H_{2}O{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+NH_{3}}$

• To 2-αμινο-3-μεθυλοπεντανονιτρίλιο παράγεται από 2-μεθυλοβουτανάλη με επίδραση χλωριούχου αμμωνίου και κυανιούχου νατρίου

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CHO+NH_{4}Cl+NaCN{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})CN+H_{2}O+NaCl}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αμφολυτική αυμπεριφορά

1. Η πιο χαρακτηριστική είναι η αμφολυτική διάστασή της:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COO^{-}{\begin{matrix}+H^{+}\\{\overrightarrow {\longleftarrow }}\\\;\end{matrix}}{\begin{Bmatrix}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH\\\uparrow \downarrow \\CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{3}^{+})COO^{-}\end{Bmatrix}}{\begin{matrix}+H^{+}\\{\overrightarrow {\longleftarrow }}\\\;\end{matrix}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{3}^{+})COOH}$

• Η κεντρική πάνω κατάσταση ισχύει για αδιάλυτη (ή διαλυτή σε απρωτικούς διαλύτες) αλανίνη.
• Σε υδατικά διαλύματα:

1. Για pH<pK₁ ιονίζεται η αμινομάδα (δεξιά).
2. Για pH=pI ιονίζονται και η αμινομάδα και η καρβοξυλομάδα (κένρο κάτω).
3. Για pH>pK₂ ιονίζεται μόνο η καρβοξυλομάδα (αριστερά).

2. Παραγωγή αλάτων με οξέα και βάσεις. Π.χ.:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+HCl{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{3}Cl)COOH}$
και
$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+NaOH{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COONa+H_{2}O}$

Εστεροποίηση

Αντιδρά με αλκοόλες σχηματίζοντας αμινεστέρες. Αποτελεί και μέθοδο «προστασίας» της καρβοξυλομάδας.

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+ROH{\overrightarrow {\longleftarrow }}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOR+H_{2}O}$

Αλκυλίωση

Με επίδραση αλκυλοαλογονιδίων σχηματίζονται δευτεροταγή αμινοξέα:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+RX{\xrightarrow {}}RNHCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3})]COOH+HX}$

Ακυλίωαη

Με επίδραση ακυλοαλογονιδίων σχηματίζονται δευτεροταγή αμιδοξέα. Αποτελεί και μέθοδο «προστασίας» της αμινομάδας, αφού τα αμίδια υδρολύονται.

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+RCOX{\xrightarrow {}}RCONHCH[CH(CH_{3})CH_{2}CH_{3})]COOH+HX}$

Απαζώτωση

Με επίδραση νιτρώδους οξέος πρακτικά αντικαθίστανται η αμινομάδα με υδροξυλομάδα. Παράγεται 3-μεθυλο-2-υδροξυπεντανικό οξύ:

$\mathrm {CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(NH_{2})COOH+HNO_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH(CH_{3})CH(OH)COOH+H_{2}O+N_{2}}$

Πηγές

• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999.
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982.