Organické sloučeniny obsahující...

transcript

ORGANICKÉ

SLOUČENINY

OBSAHUJÍCÍ KYSLÍK,

DUSÍK, SÍRU

Biologicky významné

heterocykly

Tereza Popelková

tereza.popelkova@lfmotol.cuni.cz

ORGANICKÉ

SLOUČENINY

OBSAHUJÍCÍ KYSLÍK

HYDROXYDERIVÁTY

KARBONYLOVÉ SLOUČENINY

KARBOXYLOVÉ SLOUČENINY A DERIVÁTY

ETHERY

Elektronová konfigurace atomu kyslíku

1s2 2s2 2p4

Ve sloučeninách jako dvojvazný

Ethery – alkoxylová skupina (-OR)

Hydroxyderiváty – hydroxylová skupina (-OH)

Karbonylové sloučeniny – karbonylová skupina

(aldehydy a ketony)

Karboxylové kyseliny – karboxylová skupina

R: alifatický řetězec (alkoholy) nebo aromatické jádro (fenoly)

OH skupina dává uhlovodíkům (zvláště aromatickým) lehce

kyselý charakter.

Prodlužováním uhlovodíkového řetězce se snižuje rozpustnost

alkoholů ve vodě.

H-můstky → rozpustnost ve vodě, vyšší bod varu než alkany.

I. Hydroxyderiváty

Chovají se jako kyselina i jako zásada:

alkohol alkoxidový ion

alkohol oxoniový ion

I. Hydroxyderiváty

Alkoholy Klasifikace podle vazebného místa v řetězci :

Primární alkohol: 1 uhlík ve vazbě na C s hydroxylovou

skupinou

Sekundární alkohol: 2 uhlíky ve vazbě na C s hydroxylovou

skupinou

Terciární alkohol: 3 uhlíky ve vazbě na C s hydroxylovou

skupinou

etanol isopropanol terc-butanol

primární alkohol sekundární alkohol terciární alkohol

CH3 OH

Eliminace - dehydratace

C C + H2O

Glykolýza: C1

2-fosfoglycerát fosfoenolpyruvát

Oxidace alkoholů

Metanol: silně jedovatý, oslepnutí, smrt

Etanol (spiritus, líh):

Kvasné procesy cukerných šťáv rostlin za přítomnosti

kvasinek při teplotě nižší než 37 °C.

Nejprve excitační účinky, posléze narkotické účinky,

působí jako sedativum. Návyková droga.

Oxidace etanolu v organismu

1 – alkoholdehydrogenáza

2 – aldehyddehydrogenáza

metanol formaldehyd kyselina mravenčí1 2

Biologické vlastnosti alkoholů

molekuly léčiv obsahují OH skupinu

zvýšení polarity a rozpustnosti ve vodě

steroidy, hormony

Ethylenglykol - ethan-1,2-diol

Používá se do nemrznoucích směsí Fridex

Toxický: 50 ml, letální: 100 ml

Nasládlá chut‘, rozpustný ve vodě, bezbarvý

Glycerol - propan-1,2,3-triol (glycerin)

Uhlíková kostra glycerolu je

součástí biologicky významných

látek v organismu (TAG).

Reakcí s kyselinami vznikají estery – s kyselinou dusičnou

vzniká glyceroltrinitrát – tzv. nitroglycerin.

Podává se jako lék při onemocnění srdce.

S kyselinou fosforečnou se esterifikuje primární –OH

skupina na kyselinu 1-glycerofosforečnou.

Významný metabolit a strukturní složka komplexních

lipidů.

Inositol

součást fosfolipidů (fosfatidylinositolu)

Sfingosin (2-amino-4-oktadecen-1,3-diol) součást sfingolipidů v mozku

Ethanolamin

ve fosfolipidech

Cholin

ve fosfolipidech Acetylcholin – přenos nervových vzruchů

Benzendioly

Pyrokatechol - součást molekuly

katecholaminů (adrenalin,

noradrenalin)

Resorcinol – dezinfekce

Hydrochinon – vzniká oxidací

chinonu, součást koenzymu Q

(ubichinon)

Fenoly

pyrokatechol resorcinol hydrochinon

p-benzochinon hydrochinon

SHRNUTÍ

alkoholy, fenoly

vlastnosti –OH skupiny

reakce: oxidace (prim., sek. terc. alkoholů)

eliminace (dehydratace)

zástupci

II. Karbonylové sloučeniny

Společná je pro ně karbonylová skupina

(polární), velmi reaktivní

Aldehydy - karbonyl na primárním uhlíku

- aromatické či alifatické red.

vlastnosti

Ketony - karbonyl na sekundárním uhlíku

- mohou být i smíšené

- neredukují

Formaldehyd

Metanal

Acetaldehyd

Etanal

Propionaldehyd

Propanal

Akrylaldehyd

Propenal

Aceton

Propan-2-on

Etylmetylketon

Butan-2-on

Cyclohexanon

Glyoxal

Ethandial

Benzaldehyd

Cinnamaldehyd

3-fenylpropenal

Acetofenon

Metylfenylketon

Benzofenon

Difenylketon

Přehled běžných aldehydů a ketonů

Nukleofilní adice

Tvorba poloacetalů (hemiacetalů)

Reakce alkoholu s aldehydem nebo s ketonem.

-OH skupina akoholu se váže na karbonylovou

skupinu aldehydu nebo ketonu.

Vznik poloacetalu je zejména významný u sacharidů a je

příčinou vzniku jejich cyklické struktury.

polocetalový hydroxyl

CH2OH6

Tvorba poloacetalu

D-glukóza0,02 %

b-D-glukóza64 %

Reakce aldehydů a ketonů s

Aldehydy a ketony reagují s primárními aminy za vzniku iminů

- Schiffovy báze:

transaminace (pyridoxalfosfát)

neenzymatické glykace při diabetu

R-CHNH2-COO-

pyridoxalfosfát pyridoxalfosfát +AMK

Glukoneogeneze:

Aldolizace

SHRNUTÍ aldehydy, ketony

vlastnosti C=O vazby

reakce: nukleofilní adice, tvorba poloacetalů, vznik iminů

Funkční skupina je -COOH

Podle počtu –COOH skupin rozlišujeme: mono-, di-, tri-

až polykarboxylové kyseliny.

Karboxylová skupina je polární a vytváří proto pevné

vodíkové můstky

III. Karboxylové kyseliny

Nukleofilní substituce (esterifikace):

Monokarboxylové kyseliny

Vzorec

Triviální název

kyseliny -

česky

Systematický

název kyseliny

- česky

Latinský

název

kyseliny -

acidum

Název soli

HCOOH Mravenčí metanová formicum formiát

CH3COOH Octová etanová aceticum acetát

CH3CH2COOH Propionová propanová propionát

CH3(CH2)2COOH Máselná butanová butyrát

(CH3)2CHCOOH Isomáselná isobutanová isobutyrát

CH3(CH2)3COOH Valerová pentanová valerát

CH3(CH2)14COOH Palmitová hexadekanová palmitát

Monokarboxylové kyseliny

Vzorec

Triviální

název

kyseliny -

česky

Systematický

název kyseliny -

česky

Latinský

název

kyseliny -

acidum

Název soli

CH3(CH2)16COOH Stearová Oktadekanová stearát

CH3(CH2)7CH=CH-

(CH2)7COOH Olejová oleát

CH2=CHCOOH Akrylová Propan-2-enová akrylát

Benzoová benzoicum benzoát COOH

Dikarboxylové kyseliny

Vzorec

Triviální

název

kyseliny -

česky

Systematický název

kyseliny - česky

Latinský

název

kyseliny -

acidum

Název soli

HOOC-COOH šťavelová ethandiová oxalicum oxalát

HOOC-CH2-COOH malonová propan-1,3-diová malonicum malonát

HOOC-(CH2)2-COOH jantarová butan-1,5-diová succinisum sukcinát

HOOC-(CH2)3-COOH glutarová pentan-1,5-diová glutamicum glutarát

maleinová cis-but-2-en-1,5-

diová maleinát

fumarová trans-but-2-en-1,5-

diová fumarát

ftalová o-benzendiová ftalát COOH

Funkční deriváty karboxylových

kyselin

Substituční deriváty

karboxylových kyselin

Hydroxykyseliny:

kyselina mléčná

kyselina jablečná

Ketokyseliny:

spontánně

Funkční skupina: –OR (R: alkyl, aryl)

Lineární (dimethylether) a cyklické ethery (ethylenoxid)

Netvoří vodíkové vazby mezi sloučeninami

Hořlavé, na vzduchu výbušné

Diethylether: rozpouštědlo, dříve anestetikum

Anethol: vonná složka anýzu, fenyklu, badyánu

IV. Ethery R O RR R

SHRNUTÍ

karboxylové kys. a jejich deriváty (fčí a subst.)

ketokyseliny, hydroxykyseliny

vlastnosti karboxylové skupiny

reakce: esterifikace

zástupci

ORGANICKÉ

SLOUČENINY

OBSAHUJÍCÍ DUSÍK

NITRODERIVÁTY

Typy vazeb v dusíkatých

sloučeninách:

Dusíkaté sloučeniny

1s2 2s2 2p3

ve sloučeninách jako trojvazný

Nitroderiváty: R-NO2 Substituce vodíku nitroskupinou (NO2)

Vznikají nitrací uhlovodíků (HNO3)

chloramfenikol (antibiotikum) trinitrotoluen

Organické deriváty amoniaku

bazické a nukleofilní (volný elektronový pár dusíku)

tvoří vodíkové můstky (velká polarita)

tvorba nitrosoaminů

Aminy: R-NH2

-NH2 -NH- -N-

Význam aminů:

Nejdůležitější organické zásady

Význam v biochemii:

kvartérní amoniové báze

biogenní aminy

aminokyseliny

proteiny

alkaloidy

Kvartérní amoniové báze:

Cholin:

součást fosfolipidů (fosfatidylcholin - lecitin)

Acetylcholin:

neurotransmiter

Biogenní aminy:

vznik: dekarboxylací aminokyselin

součástí biomolekul, neurotransmitery

Aminokyselina Amin Funkce

Serin Ethanolamin Fosfolipidy

Cystein Cysteamin Koenzym A

Threonin Propanolamin Vitamin B12

Aspartát β-alanin Koenzym A

Glutamát γ-aminobutyrát Neurotransmiter (GABA)

Histidin Histamin Mediátor, neurotransmiter

Dopa Dopamin Neurotransmiter

5-hydroxytryptofan Serotonin Mediátor, neurotransmiter

Biogenní aminy – příklady:

Katecholaminy (adrenalin a

noradrenalin)

Biogenní aminy s katecholovou

skupinou odvozeny od tyrozinu

Hormony (syntéza v dřeni

nadledvin), neurotransmitery

(sympatikus)

noradrenalin

adrenalin

Katecholaminy a amfetaminy:

Amfetaminy

Účinek jako katecholaminy

Stimulační účinky (zneužití!)

Alkaloidy:

aminy původně získané z přírodních zdrojů

významné biologické vlastnosti

Příklady:

Atropin – blokuje acetylcholinové receptory

Kokain – stimulující účinek

Reserpin – antihypertenzivum

Efedrin – bronchodilatátor, snižuje překrvení

sliznic

Opium a opiáty:

= morfinové alkaloidy

významné látky v medicíně, návyk!

váží se na opiové receptory

Příklady:

Opium, morfin – tišení bolesti (zdroj: mák)

Kodein – analgetikum, proti kašli

Heroin – syntetizován z morfinu

Hledání podobných látek

bez návyku:

Amidy: R-CO-NH2 deriváty karboxylových kyselin (aminoskupina na

karbonylovém uhlíku)

Vlastnosti:

nejsou bazické (karbonylová skupina – delokalizace

elektronového páru)

vznik peptidové vazby –NH2 + HOOC- (enzymaticky

katalyzované)

stabilita proti hydrolýze (peptidová vazba stabilní,

enzymatická hydrolýza )

Asparagin, glutamin:

Vznik peptidové vazby:

Karbamát a močovina

= amidy kyseliny uhličité

(H2CO3)

Karbamoylfosfát

- součást vzniku močoviny a

pyrimidinů

CO2 + H

HCO3- + NH

2 ADP+Pi

karbamoylfosfátsyntáza

Monoamid kyseliny uhličité

(kyselina karbamová)

Diamid kyseliny uhličité

(močovina)

Močovina

konečný produkt metabolismu proteinů u savců

vznik v játrech (cyklus močoviny)

dobře rozpustná ve vodě (vylučování močí)

biuretová reakce (průkaz močoviny, peptidové vazby) –

zahřívání - biuret v alkalickém prostředí s Cu2+ - fialový

komplex

2 molekuly močoviny

Kreatin

ve svalech, přenos energie pro svalovou

činnost

Kreatinin

vzniká ve svalech neenzymaticky z kreatinu

vylučován močí – clearance kreatininu

Barbituráty

deriváty kyseliny barbiturové:

sedativa, hypnotika, narkotika

Iminy: R-C=N-R Schiffovy báze:

funkční skupiny obsahující dvojnou vazby mezi

C a N, další skupiny vázané na N

Mechanismus transaminace:

R-CHNH2-COO-

pyridoxalfosfát pyridoxalfosfát +AMK

SHRNUTÍ

nitroderiváty, aminy, amidy, iminy

kvartérní amoniové soli

amidová vazba mezi aminokyselinami

zástupci

ORGANICKÉ

SLOUČENINY

OBSAHUJÍCÍ SÍRU

THIOLY

DISULFIDY

SULFIDY

SULFONOVÉ KYSELINY

Sirné sloučeniny

podobné kyslíkatým sloučeninám:

Thioly: R-SH (sulfanylová/thiolová

skupina) Vlastnosti:

Netvoří vodíkové můstky

Silnější kyseliny než alkoholy

Snadno oxidovatelné → disulfidy

Příklady:

C C CH2 CH2 C N CH C N CH2 C

glutamát

cystein

glycin

glutathion

cystein

Disulfidy: R-S-S-R Disulfidické můstky mezi cysteiny

disulfidický můstek důsledek oxidace dvou -SH skupin

(vratná reakce)

terc. struktura proteinů!

Glutathion

antioxidant (odstranění volných radikálů)

Cys SH

Oxidovaný

(dimer, disulfid)

Redukovaný

(monomer)

Glutathionperoxidáza

Glutathionreduktáza

+ R-O-O-H

+ NADPH

Příklad:

Methionin

S-Adenosylmethionin (SAM)

= sulfoniový ion

reaktivní metylová skupina

(metylační agens)

Sulfidy: R-S-R

AdeninO

CH2CH2

AdeninO

CH2CH2

Metylace

příjemce metylové skupiny

metylovaná sloučenina

S-adenosylmethionin

S-adenosylhomocystein

Sulfonové kyseliny: R-SO3H

Příklady:

Taurin

= derivát cysteinu

Sulfonamidy

důležitá chemoterapeutika

NH2 S NH2

sulfanilamid

SHRNUTÍ

thioly, sulfidy, disulfidy, sulfonové kyseliny

zástupci (SAM, GSH, cystein)

BIOLOGICKY VÝZNAMNÉ

HETEROCYKLY

Název Struktura Biologicky významné

deriváty

Furan Furanózy (sacharidy)

Pyrrol

Porfin (hem, vit. B12 )

Bilirubin

Prolin, Hydroxyprolin

Tryptofan, Serotonin,

Melatonin

Imidazol Histidin, Histamin

Biotin (vit. H)

deriváty

Thiazol Thiamin (vit. B1)

Penicilin

Pyran Pyranózy (sacharidy)

Benzopyran Tokoferol (vit. E)

Pyridin Nikotinamid (vit. B2)

Pyridoxal (vit. B6)

deriváty

Pyrimidin

Pyrimidinové báze (U,T,C)

Fenobarbital

Vit. B1

Purinové báze (A,G)

Hypoxanthin

Kofein

Kyselina močová

Pteridin Kyselina listová (vit. B9)

Isoalloxazin Riboflavin (vit. B2)

DĚKUJI ZA POZORNOST

Organické sloučeniny obsahující...

Documents