17,18-1

Organická chemie pro biochemiky II

část 17 a 18

17,18-2

heterocykly

17,18-3

O

NHS

OO

NHO

NHO

O

H3C

N

SHH

O

NH

O

CH3CH3

COOH

HOOC

NH2

H3CO

H3C

O

OH3C

O HN

ONH

OOH

O

CH3N

H

O

O OHCH3

H

Carzinophilin A, protirakovinné antibiotikum z Streptomyces sahachiroi

O

HNO

OH

O

HH3C

NH3CCH3 O

N

OCH3 CH3

O

O ClOCH3

O

CH3H3C

CH3

Maytansin, antileukemický makrolid, isolovaný z Maytenus ovatus Loes.

N N

NN N

N

Triethylenemelaminantineoplastikum

Penicilin N, antibiotikum z Cephalosporium spp

cukerin

fenobarbital

17,18-4

trojčlenné heterocykly

byly probrány u epoxidů, epiminů a episulfidů

O S NH

připomeneme si Fürstovo Plattnerovo pravidlo o trans-diaxiálním otevíránítěchto kruhů při nukleofilním ataku

O S NH

oxiran thiiran aziridin

HNSO

oxetan thietan azetidin

17,18-5

O

S

NH

pětičlenné heterocykly nenasycené

furan

thiofen

pyrrol

O CHO O

cukrypentosy

H3O+Ni

280 °C

O NH

NH3

Al2O3, 400 °C

S

S

600 °C

nebo destilací uhelného dehtu

furan, thiofem a pyrrol jsou aromatickésloučeniny, každá má 6 π-elektronů vcyklické, planární molekule

jakkoliv jsou heterocykly podobné svým necyklickými karbocyklicým derivátům to, že se poskytují více čiméně své nepárové elektrony do 6 π-elektronovéhoaromatického systému mění poněkud jejich vlastnosti

17,18-6

zopakujme si, proč je pyrrol téměř nebasický?

amin může poskytovat svůj nevazebný elektronový pár

pyridin má nevazebný elektronový pár částečně (cca 1/3) účasten na interakcis elektronovým orbitalem heterocyklu, jeho basicita je omezena

pyrrol má volný elektronový pár plně účasten do aromatického sextetu a tudíž nezbývá nic, čím by mohl interagovat poskytnutím „volných“ elektronů

dusík

dusík

17,18-7

O

S

NH

pětičlenné nenasycené heterocykly furan, thiofen a pyrrol jsou z hlediska reaktivity podobné aktivovanému benzenovému kruhu

O

NH

S

Br2

O Br

HNO3

(CH3CO)2O NH

N+

O–

O

CH3COCl

SnCl2 SCH3

O

elektrofilní substituce probíhá do α-polohy k heteroatomu

reaktivita klesá v řadě F > P > T

17,18-8

šestičlenné nenasycené heterocykly

N

pyridinprůmyslově se získává z uhelného dehtu destilacítak jako benzen je plochá aromatická molekula z vazebnými úky 120 ° a délkou vazeb 139 pm

nevazebný elektronový pár je jen nemnoho zapojen do aromatického systémujeho basicita je mnohem nižší než u alkylaminů ale zase vyšší než u pyrrolu

pyridin je páchnoucí kapalina (mez detekce čichem 0,17 ppm) t.v. 115 °C,hořlavá, výtečné rozpouštědlo

požití 100 ml způsobí vážné potíže a smrt, inhalace 6-12 ppm způsobí bolesthlavy, motání hlavy, zvracení (údajně i mužskou impotenci), na kůži působíbolestivé záněty a spáleniny, nebezpečně napadá oči

17,18-9

šestičlenné nenasycené heterocykly

N N

N N

N N

Br2/ 300°C

SO3 H2SO4

HgSO4 220 °C

HNO3 NaNO3

370 °C

N+O–

O

SO3H

Br

elektrofilní aromatická substituce na pyridinu probíhá obtížně, Friedelova Craftsova reakce neprobíhá

17,18-10

šestičlenné nenasycené heterocykly

N

N

Cl

N

O CH3Na+ EtO-

Br

NaNH2

NH3 N NH2

2- a 4- substituované pyridiny reagují při nukleofilním ataku relativně snadno3- substiuované deriváty nereagují

17,18-11

O OO

OO

NH N

N

N

NH

N N

N

pyrrol pyridin pyrimidin purin piperidin pyrrolidin

furan 2H-pyran 4H-pyran [1,4]-dioxan tetrahydropyran

S SS

SS

thiofen 2H-thiopyran 4H-thiopyran [1,4]dithiin tetrahydrothiopyran

SN

ON

NHN

NHN

NN

N

isothiazol isoxazol 1H-pyrazol 2H-[1,2,3]-triazol 2H-imidazol

NH

O

S

NH

17,18-12

heterocykly s anelovanými kruhy

NH

NCH3

CH3

N,N-dimethyltryptamine, DMT (NN-DMT), Dimitriindolový alkaloid, drogahalucinogen (změna percepce času a zvuků)

NH

N N

N purinN

chinolin N isochinolin

heterocykly s přianelovaným kruhemale i heterocykly s několika heteroatomyv různých kruzích se vyskytují častov přírodě

NH

indol

NHOH

HH2C

N

H

chinin z kůry chinovníkuchinolinový alkaloidantimalarikum

N

N

pyrimidin

17,18-13

O

OHOH

HO N

N

NH2

ONH

NN

N

O

O

OHOH

HOO

OHOH

HO N

NH

O

O

N

NN

N

NH2

O

OHOH

HO NH2

NH

N

NH2

O

NH

NNH

N

O

NH

NH

O

O

N

NNH

N

NH2

NH2NH

NH

O

O

H3C

cytosin thymin uracil adenin guanin(nukleobáze)

heterocyklické komponenty nukleových kyselin

cytidin uridin adenosin guanosin(nukleosidy)

NH

NN

N

O

O

OHOH

NH2OPO

O OH

H

guanosin fosfát(nukleotid)

NN

N

O

NN

N

NO

N

HH

H

HH

cukr

cukr

párování bází v NK

17,18-14

0

20

40

60

80

100

120

ener

gie

kcal

/mol

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

počet uhlíků

torzní energie sepnutého kruhu uhlovodíku

17,18-15

N

SHH

N

O

CH3CH3

COOH

N

amdinocilin semisyntetické antibiotikum

azepin 1,4-diazepan

anthramycin z Streptomyces refuineus var thermotolerans

N

HNH3C

OH OH

ONH2

O

O

O

HCH3

H3C

H HH

CH3

O O

O

ArtemisininActive antimalarial constituent of the traditional Chinese medicinal herb Artemisia ann

17,18-16

heterocykly, Hantzschův-Widmanův systém

ekanecin10an / inanin / inin6

onanonin9olan / olidinol5

okanocin8etan / etidinet4

epanepin7iran /iridiniren / irin3

nasyc.nenasyc.velikostnasyc.nenasyc.velikost

kyslík oxa síra thiadusík aza fosfor fosfakřemík sila bor bora

NH HNNH N

NO

N

O

S

S

N

S

aziridin 1,3-diazetidin 1,2,5-oxadiazol 1,3-oxazol 1,3-dithiolan 1,4-thizaepin

17,18-17

přírodní sloučeniny a biomolekuly

sacharidy

17,18-18

VÝSKYT A ROLE SACHARIDŮ V PŘÍRODĚ

sladké sloučeniny (výběr)

Cl

HO

HOO

Cl

OOH

OH

Cl

OH

O

sucralosa

O

OHHO

CH3

HO

O

O

HO

HO

HO

O

OH

OH

O

OHO

CH3

neohesperidindihydrochalkon

aspartam

NHOMe

O

H

OOH

OHH2N

OH

HO

HOO

HO

OOH

OH

OH

OH

O

sacharosa

SO2

NH

O

cukerin

H2N

O

OH

D-fenylalanin

NHSO3Na

cyklamát sodný

CH2OH

CH2OHOH

HOOH

xylitol

17,18-19

VÝSKYT A ROLE SACHARIDŮ V PŘÍRODĚ

hořké sloučeniny (výběr)

HN

OHOO

O

cykloheximid

HN

NH

O

S

6-propyl-2-thiouracil

ON

N

NN

O

kofein

HO

O

N

H N

H

H

chinin

OAc

OAcAcO

O

AcO

O

OAcOAc

AcO

AcOO

oktaacetylsacharosaamerin

N O

O

O

denatonium benzoát

17,18-20

SACHARIDY

obecný termín pro široce rozvětvenou skupinu přírodních látek typu polyhydroxyaldehydů(aldosy) a polyhydroxyketonů (ketosy) a látek vysokomolekulárních, které nadvě výše zmíněné mohou být přeměněny hydrolýzou

obvykle se vyskytují jako pětiuhlíkaté (pentosy) či šestiuhlíkaté (hexosy) řetězce monosacharidy s 4, 7 a 8 uhlíky (tetrosy, heptosy a oktosy) jsou vzácné, min. jsou 3 uhlíky

nejrozšířenější jsou D-glukosa, D-galaktosa, D-mannosa, D-fruktosa, L-arabinosa,D-xylosa, D-ribosa a D-deoxyribosa

17,18-21

Generickým názvem sacharid se označují monosacharidy, oligosacharidy, polysacharidy a také sloučeniny odvozené z monosacharidů redukcíkarbonylové skupiny (alditoly), oxidací jedné nebo více terminálních skupin na karboxylové kyseliny nebo nahrazením jedné nebo více hydroxylových skupin atomem vodíku, aminoskupinou, atomy halogenů nebo jinými skupinami obsahujícími heteroatomy.Zahrnuje i všechny deriváty těchto sloučenin. Název cukr se často používápro monosacharidy a nižší oligosacharidy. Stojí za zmínku, že okolo 3 % sloučenin uváděných v Chemickal Abstracts (tj. více než 360 tisíc) je pojmenováno podle pravidel názvosloví sacharidů.

Používání názvů uhlohydráty nebo uhlovodany je zcela nevhodné.

Cyklitoly se obvykle za sacharidy nepovažují.

17,18-22

Základní monosacharidy jsou polyhydroxyaldehydy H-[CHOH]n-CHO nebo ketony H-[CHOH]n-CO-[CHOH]m-H obsahující tři nebo více atomů uhlíku.Generický název monosacharid (na rozdíl od oligosacharidu a polysacharidu) označuje jednu monosacharidovou jednotku, která není vázána glykosidovouvazbou k dalším monosacharidovým jednotkám. Název monosacharid zahrnuje všechny aldosy, dialdosy, ketosy a diketosy, dále deoxy- a aminocukry a jejich deriváty, za předpokladu, že základní sloučenina má karbonylovou skupinu nebo potenciální karbonylovou skupinu.

Monosacharidy s aldehydovou karbonylovou skupinou nebo s potenciálníaldehydovou karbonylovou skupinou se nazývají aldosy. Monosacharidys ketonovou karbonylovou skupinou nebo potenciální ketonovou karbonylovou skupinou jsou ketosy.

Potenciální aldehydová karbonylová skupina je hemiacetalová skupina, kterávznikne z acyklické struktury uzavřením kruhu (cyklická forma). Obdobně se výraz potenciální ketonová karbonylová skupina vztahuje k hemiketalové skupině.

Cyklické hemiacetaly nebo hemiketaly cukrů s pětičlenným kruhem (tetrahydrofuran) se nazývají furanosy, odpovídající cyklické formy s šestičlenným kruhem (tetrahydropyran) jsou pyranosy.

17,18-23

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

triosa tetrosy pentosy

D-glycero D-erythro D-threo D-ribo D-arabino D-xylo D-lyxo

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

hexosy

D-allo- D-altro- D-gluko- D-manno- D-gulo- D-ido- D-galakto- D-talo-

relativní konfigurace příslušející tri až hexosaám / konfigurační předpony

Při Fischerově způsobu znázornění monosacharidů se uhlíkový řetězec píše vertikálně s nejníže číslovaným atomem uhlíku nahoře. Stereochemie se vyznačí tak, že postupně je každý atom uhlíku umístěn do roviny nákresny. Sousední atomy uhlíku jsou pod rovinou a skupina H a OH jsou nad rovinou nákresny.

17,18-24

O

HO OH

HO

OH

HO

A

B

souvislost Fischerovy projekce s chiralitou molekulya jejich vzájemné vztahy

17,18-25

D-glyceraldehyd L-glyceraldehyd

C OHHCHO

CH2OHC HHOCHO

CH2OH

H C OHCHO

CH2OHHO C H

CHO

CH2OH

Nejjednodušší aldosa je glyceraldehyd (příležitostně nazývaný glyceral). Obsahuje jedno centrum chirality (asymetrický uhlíkový atom) a vyskytuje se tedy ve dvou enantiomerních formách, nazývaných D-glyceraldehyd a L-glyceraldehyd; jejich projekční vzorce jsou uvedeny níže. Tyto projekce odpovídají absolutním konfiguracím. Konfigurační symboly D a L by měly být vytištěny kapitálkami (v rukopisu se vyznačují dvojitým podtržením) a vázány k názvu cukru spojovníkem.

17,18-26

CHOC OHHC HHOC OHHC OHHCH2OH

CHOC HHOC OHHC OHHCH2OH

CHOC OHHCH2OH

CH2OHC OC HHOC OHHC OHHCH2OH

CHOC HHOC OHHC HHOC HHOCH2OH

CHOC OHHC HHOC HHOCH2OH

CHOC HHOCH2OH

D-glyceraldehyd D-arabinosa D-glukosa D-fruktosa

L-glyceraldehyd L-arabinosa L-glukosa L-fruktosa

CH2OHC OC OHHC HHOC HHOCH2OH

OH

OHHO

HO

OH

O

L-fruktosa

OH

OHHO

HO

OH

O

D-fruktosa

17,18-27

SACHARIDY

Cukry jsou v přírodě se vyskytující organické látky, které obsahují C, H a O, často v poměru 1:2:1 (C6H12O6)

Monosacharidy (jednoduché cukry) nemohou být hydrolyzovány na jedodužšípodjednotky. (glukosa, fruktosa, ribosa a deoxyribosa)

CHOOHHHHOOHHOHH

CH2OH

CH2OHOHHOOHHOHH

CH2OH

OHHOHHOHH

CH2OH

CHOHHOHHOHH

CH2OH

CHO

Glukosa má aldehydickou skupinu na C-1 a hydroxyl na C-4, tyto spolu mohou tvořit cyklický hemiacetalzvaný glukopyranosa

CHOOHHHHOOHHOHH

CH2OH

OHHHHOOHH

HCH2OH

O

HHO

17,18-28

SACHARIDY

Glukosa má aldehydickou skupinu na C-1 a hydroxyl na C-4, tyto spolu mohou tvořit cyklický hemiacetal zvaný glukopyranosa

CHOOHHHHOOHHOHH

CH2OH

OHHHHOOHH

HCH2OH

O

HHO

OHHO

HO

HO

O

OH

OH

OHOH

HO

OOH

C OHC HHOC OHHCHCH2OH

H

OH

CHO

CHO

OHH

HO

HH

OHOH

CH2OH

CHO

OHH

HO

HCH2OH

HOH

OH

CHOH

OHH

HO

HCH2OH

HOH

O*

H

H H

17,18-29

SACHARIDY

neurčená konfigurace na uhlíku C-1

Většina jednoduchých cukrů a mnoho jejich derivátů se v roztocích vyskytujíjako rovnovážné směsi tautomerů. Přítomnost směsi dvou anomerů se stejněvelkými kruhy může být v názvu vyznačena notací α,β-, např. α,β-D-glukosa.

C OHC HHOC HHOCHCH2OH

H

HHO

OOOH

OH

HO

OHOOH

OH

HOOH

HH

H HH

Tollensův vzorec Haworthův vzorec Haworthův vzorec Millsův zjednodušený vzorec

O

HOOH

OH

OH

HO HOOH

OH

OH

OOH

OH,OH

17,18-30

VÝSKYT A ROLE SACHARIDŮ V PŘÍRODĚ

D-glukosa, D-galaktosa, D-mannosa, D-fruktosa, L-arabinosa,D-xylosa, D-ribosa a D-deoxyribosa

O

HO OH

HO OH

OH

glukosa

O

HO OH

HO OH

OH

galaktosa

O

HO OH

HO OH

OH

mannosa

HO

OH

HO OH

OHO

fruktosa

O

OH

HO

HOOH

arabinosa

O

OH

HO

HOOH

xylosa

O

OH

HO

HOOH

ribosa

OHO

HOOH

2-desoxyribosa

17,18-31

VÝSKYT A ROLE SACHARIDŮ V PŘÍRODĚ

stavební materiál rostlin (celulosa u dřeva aj.)zásobní substance, potrava, zdroj energie (škrob, glykogen, sacharosa a jiné cukry)významné součásti potravy ať již člověkem stravitelné (sacharosa, jednoduché cukry, aj.) součásti potravy (dietní) – nestravitelné cukry (celulosa, dextran, aj.)komponenty nukleových kyselin

glykolipidůglykoproteinůglykosfingosidůmalých konjugátů (kardioglykosidy aj.)

průmyslově použity jako materiál zejména v přírodním stavu (dřevo, celulosa, papír,textil, aj.)

další průmyslové použití jako emulgátory, nekalorická sladidla, komponenty lepidel

léčiva, součásti a ideologická základna (nových) terapeutik, markery, diagnostika klíčové sloučeniny účastnící se biosyntézy proteinů, lipidů apod.v biologických systémech hrají roli jako součásti proteinů a lipidů v regulačních procesech

jako imunitní odpověď, součásti antibiotik a mnoha léčiv

v organické chemii jde o nedocenitelnou zásobárnu chirálních stavebních prvků

17,18-32

SACHARIDY

Disacharidy (dvě cukerné jednotky spojené „přes kyslík“) 1->4maltosa4-O-(α-D-glukopyranosyl)-D-glukopyranosa

celobiosa (1->4)4-O-(β-D-glukopyranosyl)-D-glukopyranosa

laktosa (1->4)4-O-(β-D-galaktopyranosyl)-D-glukopyranosa

sacharosa (1->1)β-D-fruktofuranosyl α-D-glukopyranosid

neredukuje a nemutarotuje (nepřechází přes„otevřenou formu“)

O

OH

OHHO

CH2OHO

OH

OH

CH2OH

OOHα

α nebo β

17,18-33

SACHARIDY

mezi nejrozšířenější disacharidy patří sacharosa (řepa, třtina), laktosa (mléko) a maltosa

O OH

OHHO

HO

O

HOO

OHCH3 O

O

HNOH

OH

OH

CH3

OOH

NH2

OHHO

CH2OHO OH

OH

HOH2C

HOHO

většina přírodních monosacharidů obsahuje nevětvěný řetězec, větvené jsou některécukry obsažené v komplexních biologicky aktivních látkách, podobnějako cukry substituované (apiosa, hamamelosa, streptosa, D-glukosamin, aj.)

OH

OHHO

O

HO

O

OHOH

HO

HOO

1

1

HOOH

OOH

OH

OHOOH

O

HO

HO

41

OH

O

O

HOHO

HOO

HO

OH

OH

OH

1

4

β-D-fruktofuranosyl α-D-glukopyranosa 4-O-(α-D-glukopyranosyl)-D-glukopyranosa4-O-(β-D-galaktopyranosyl)-D-glukopyranosa

petržel habr Streptomyces chitin

17,18-34

SACHARIDY

Oligosacharidy mají 2-10 cukerných jednotek

lineární, rozvětvené a cyklickévlastnostmi jsou spíše podobné monosacharidům, volné se vyskytují zejména v rostlinné říši, naprostá většina D

sacharosa, ekonomicky nejvýznačnější cukr Glcα1-2βFru

trehalosa, Glcα1-1αGlc sladký disacharid

gentianosa, Glcpβ(1-6)Glcpα(1-2)βFruf, neredukující cukr z kořene hořce

kestosa, skupina trisacharidů z Glc Fru Fru

raffinosa, neredukující trisacharid z Gal Glc a Fru, po sacharose nejrozšířenější oligosacharid z řepné melasy, manny, a bavlníkového semene Galpα(1-6)Glcpα(1-2)βFruf

17,18-35

SACHARIDY

Polysacharidy

Zhruba 95 % biomasy na Zemi je tvořeno polysacharidy.

Homopolysacharidy, heteropolysacharidy.

Celulosa, lineární polymer 1,4´-β-D-glukosových jednotek konfigurace 4C1 m.h. > 10 000 která tvoří strukturní vlákna rostlinných stěn, β-spojení činí celulosu nereaktivník působení mnoha enzymů

Škrob, skládající se z ve vodě rozpustné amylosy (lineární řetězec o m.h. cca 150 - 750 tisíc z 1,4´-α-D-glukos) a nerozpustný amylopektin (rozvětvený řetězec o více než 1000 jednotkách o m.h. 107 - 108 z 1,4´-α-D-glukosy), zřetězený 1,6´-α-D-glukosidy

Chitin, lineární polymer z β-spojených N-acetyl-D-glukosaminů, tvořícíkrustu (exoskelet) krabů a hmyzu.

17,18-36

17,18-37

přírodní sloučeniny a biomolekuly

glykosidy

O

OH

OH

OCH3

OH

O

O

OH

O

OH

HOHO

H3CHO

HO

O

17,18-38

glykosidy byly původně definovány jako směsné O-acetaly cyklických forem monosacharidů

O

OHHO

HOO

OH

CH3

methyl-β-D-glukopyranosid

později byl termín rozšířen z -OR i na -SR (thioglykosiny), -SeR (selenoglykosidy)

deriváty -NR1R2 jsou glykosylaminy a NIKOLI N-glykosidy a deriváty -CR1R2R3 jsou glykosylderováty a NIKOLI C-glykosidy

17,18-39

O

OHOH

HO

OOH O

Hpicein z výhonků a jehlic borovic4-acetofenyl-β-D-glukopyranosid

OOH

OO

OHHO

HOO

OH

dafnin z lýkovce jedovatého7-(β-D-glukopyranosyloxy)-8-hydroxykumarin

O

OHHO

HOO

OH

C

H

Nsambunigrin z bezu černéhonitril (S)-O-β-D-glukopyranosylmandlové kyseliny

O

OHHO

HOO

OHH

COOHNH2

O-β-D-xylopyranosyl-L-serin[(Xyl)Ser] součást proteoglykanů

17,18-40

OHOHO O

OHO O

OH

HO

HOOHCN

amygdalin, [(6-O-β-D-Glukopyranosyl-β-D-glukopyranosyl)oxy]fenylacetonitril, amygdalosid; mandlonitril-β-gentiobiosid; D-mandlonitril-β-D-glukosido-6-β-D-glukosidznámá součást preparátu Laetrile®, který je zneužíván k léčbě rakoviny, přesože je jedovaný a neúčinný. Vyskytuje se m.j. v hořkých mandlích. Někdy je zaměňovánpod jménem Laetril i s mandlonitril β-glukuronidem.

OHO

OHHO

O

HO

OH

arbutin4-Hydroxyfenyl-β-D-glukopyranosid, přírodně se vyskytující glykosid hydrochinonu, obvykle s methylarbutinem. Antibakteriální součást přípravkůtradiční medicíny, jako např. uva ursi.

17,18-41

OH

CH3

O

OO

OCH2OH

HO

HO OH

OCH3

OHHO

HO

glukofrangulin A

O Glucofrangulin AAnthrachinonový glykosid z kůryRhamnus frangula L., užívanýk léčení některých zánětů.

O

OH

OH

OCH3

OH

O

O

OH

O

OH

HOHO

H3CHO

HO

ONeohesperidin dihydrochalkonPřipr. z naringenu, flavanonového glykosiduz grapefruitů, sladidlo (žvýkačky).

17,18-42

Konjugátdegenerovaný termín znamená např. v biochemii látku vázanou nabílkovinu

ve smyslu pojednávaném v této přednášce je konjugát pro odlišení označován jako„malý konjugát“ a znamená sloučeninu, která je derivatizována, zpravidla tak,že jsou podstatně změněny její chemické, fyzikální, farmakologické a dalšívlastnosti jako rozpustnost, biodostupnost apod.Lipofilní látky (terpeny, flavonoidy, steroidy, lipidy apod.) jsou takto derivatizoványnapř. glykosidací, převedením na sulfát, fosfát, derivát (konjugát) s aminokyselinou,peptidem, případně jinou vhodnou skupinou.

Glykosidace využívá enzymatické i „klasické“ metody (Koening-Knorr apod.), zavedení fosfátu a sulfátu bylo probráno v kap. o esterech anorg. kyselin.

17,18-43

GLYKOLIPIDYněkdy nazývané glykosfingolipidy - neobsahují fosfát

H2C NH

(CH2)16CH3

OOHH3C(CH2)12

OH

H2C NH3

OHH3C(CH2)12

OH

na rozdíl od sfingomyelinu, kterýje ceramidem esterifikovanýmfosfatidylcholinem nebofosfatidylethanolaminem

neobsahují glykolipidy fosfátnejsou tudíž tak polární

cerebrosidyjsou sfingolipidy ve kterých je „hlavou“ monosacharid

H2C NH

(CH2)16CH3

OOHH3C(CH2)12

O

OHOH

HO

OOH

glukocerebrosid

H2C NH

(CH2)16CH3

OOHH3C(CH2)12

O

OHHO

OOH

OS

OO

O

galaktocerebrosid sulfátsulfatid

17,18-44

GLYKOLIPIDYněkdy nazývané glykosfingolipidy - neobsahují fosfát

H2C NH

(CH2)16CH3

OOHH3C(CH2)12

OCH2

HO

HOOH

OH

O OCH2

HO

HO

HN CH3

Ogangliosid GM1

R = N-acetylneuraminová kyselina

OO O

CH2HO

OR

OH

O OCH2

HO

OH

OH

H2C NH

(CH2)16CH3

OOHH3C(CH2)12

OH

OHO

HOOH

OHNH

HOO

HO

O

gangliosidyznámo asi 60 druhů

gangliosidy jsou sfingolipidy,které obsahují oligosacharidovoujednotku a v ní alespoň jednusialovou kyselinu

jednu, typ Mdvě Dtři T

sialová kyselina

17,18-45

syntéza glykosidů

Koenigsova-Knorrova syntéza (1901) uplatňuje jako donor pro glykosidaciglykosilbromid či glykosylchloridjako katalyzátory jsou používány nerozpustné Ag2O, Ag2CO3, silikát stříbrnýči rozpustné AgOTf, HgBr2 a Hg(CN)2

OBnOBnO

BrOBn

OBnH O R

OBnOBnO

OBn

OBn

OR

Ag

celá řada odstupujících skupin, některé i s „účastí sousední skupiny“

17,18-46

OAcOAcO

OO

OAc

H3C

H O R OAcOAcO

O

O

OAc

H3C

OR

odstupující skupina se účastní (často jako 1-O-acetát) tvorbou oxykarboniového iontu, který dál reaguje relativně stereospecificky

17,18-47

přírodní sloučeniny a biomolekuly

alkaloidy

17,18-48

Alkaloidy jsou přírodní látky (převážně z rostlin), obsahující dusík s významnou biologickou aktivitu (toxické). Z chemického hlediska bychom mohli říci, že se jedná o dusíkaté base, většinou cyklické (heterocyklické aminy) strukturně velmi různorodé povahy. V přírodě se vyskytují zřídka volné, většinou jako soli karboxylových kyselin (octové, šťavelové, mléčné, jablečné, vinné, citronové aj.).

Role alkaloidů v rostlinách je jednou z „mučivých“ otázek biologie. Není známo, proč je rostliny obsahují. Je na to nicméně řada teorií. Podle jedné jsou obranným systémem rostlin, chránícím je proti škůdcům (protipožerové látky, antibakteriální … ). Podle jiné naopak vedou k požívání určitých částí rostlin, což vede k jejich rozmnožování. Podle další představují pro rostlinu netoxickou formu dusíku.

Interní role alkaloidů v rostlinách také není známa ačkoliv jsou jejich struktury velmi (ale velmi) blízké celé řadě jiných přírodních látek, zejména aminokyselin, ze kterých se odvozují (a někdy podle nich i třídí).

Z přírodních zdrojů bylo získáno přes 1000 individuí této skupiny. Syntetické variace a artefakty potom představují mnohonásobek tohoto čísla.

17,18-49

alkaloidy, jakožto aminy můžeme snadno oddělit ze směsi

neutrální látka v etheru

etherová vrstva s aminem anorganické sole ve vodě

vodná vrstva s amonnou solí

amin + neutrální látka

v prvém kroku rozpustíme směs v etheru a přidáme kyselinu ve voděamin zkvarternizuje a vytvoří sůl dobře ve vodě rozpustnouneutrální látka zůstane v etheruvodný roztok aminu zalkalizujeme a přidáme etherkvarterní sůl se přemění na amin a amin se rozpustí v etherusole zbudou ve vodě

17,18-50

nejběžnějšími alkaloidy jsou alkaloidy tabáku, kávy, kakaa a čaje

CH3

N

N

O NCH3

NCH3

N

NH3C

O

NCH3

NNCH3

O

HN

O

nikotin

kofein a theobromin

nikotin dráždí oči a kůži (je to amin), kapalina t.v. 246 °C, velmi toxický LD 5 mg/kgči požití 7 kapek či injekce 40 mg působí smrt, používá se jako insekticid

kofein povzbuzuje CNS, nicméně v dávkách nad 250 mg (několik šálků kávy) působí toxicky, třes, nevolnost, úzkost, průjem, dýchací obtížeLD50 75 mg/kg; obsažen je v čaji asi 3 %, v kávě asi 1 % (1 espresso = 100 mg kofeinu)

theobromin je méně účinný na CNS, je diuretický, v čokoládě je ho 10 g/kgLD50 200 mg/kg

17,18-51

opiové alkaloidyz máku Papaver somniferum, opia

O

HO

HO

NH

O

O

HO

NH

CH3

O

O

O

NH

OH3C

CH3morfin kodein heroin

N

O

O

H3CH3C

O

O

CH3CH3

papaverin, užívá se jako spasmolytikum

morfinu je v opiu až 12 %způsobuje pocit blaženosti

kodein je užívá proti kašli

heroin je „tvrdá“ droga

benzylisochinolinové jádro

morfinanové jádro

17,18-52

tropanové alkaloidy

kokainlokální anestetikum, ale i „tvrdá“ drogaLD50 17 mg/kg

atropinsměs dvou antipodů, jed, používá se s papaverinem jakospasmolytikum, CNS stimulant, drogaLD50 750 mg/kg

skopolaminCNS depresant, „droga pravdy a zapomnění“, jedLD50 (sůl) 3000 mg/kg

NCH3

OCH3

O

O

O

NCH3

O

OH

O

N

O

CH3

O

O

OH

NCH3

tropanové jádro

17,18-53

námelové alkaloidy

kyselina lysergováN

CH3H

HN

O OH

NCH3H

HN

O Ndiethylamid kyseliny lysergové LSDLD50 myš, krysa, králík (mg/kg): 46; 16,5; 0,3 i.v.

NCH3H

HN

OHN

OHCH3

ergometrinnejjednodužší námelový alkaloid

NNO

O

OH

HO

HNO

H3C

NCH3H

HN

ergotamintypický námelový alkaloid,důvod otrav námelem nakaženýmobilímLD50 myš, krysa, králík (mg/kg): 62; 80; 3 i.v.; kočka: 11 s.c.

námelových alkaloidů je mnoho,směs ergokorninu, ergokristinu, a ergokryptinu má LD50 0.032 i.v. (myš)

17,18-54

N

NH

H

O

H

O

strychninz kulčiby Strychnos nux-vomica L., LoganiaceaeLD50 0,96 mg/kg (krysa)

OCH3

H3CO

H3CO NH

OCH3

O

OCH3

kolchicinz ocúnuLD50 1,6 mg/kg (krysa)

N

OHO

H

H3CON

OCH3O

H

OH

H3C H

CH3H3C

2Cl

tubokurarin chloridšípový jed jihoamericých indiánůorální LD50 33 mgkg (krysa)

17,18-55

HN

N

OCH3

OCH3

CH3H

H

H3CO

H3COemetinz Uragoga ipecacuanha (Brot.) Baill. Rubiaceaepoužívá se jako emetikum k léčbě alkoholizmuLD50 p.o. 30 mg/kg

N

HO NH

HH2C

H3COchinin z kůry chinovníkuk léčbě malárie

NH

NH

H

H

H3CO

OO

OCH3

OOCH3

OCH3

OCH3

H3COreserpinantihypertensivum

II-7-56

Barviva (rozpustná) a pigmenty (nerozpustné) se někdy označují, pokud nejde o zdůraznění tohoto aspektu jako „barviva“.

V přírodě se barviva vyskytují velmi často a početně.

Princip barevnosti je v tom, že látka interaguje s procházejícím či dopadajícím světlem (zářením) či účastní se přímo vzniku světelného jevu (hoření, vzniku elektrického oblouku aj.) a ovlivní vlnové délky a intenzity složek tohoto záření.

V organické chemii jde ve velké většině o interakci záření s elektronovými orbitaly (oblaky) molekul - podrobněji se tento jev diskutuje u elektronových spekter (UV-VIS).

Detekční zařízení, kterým je spektrofotometr (a pro vlnové délky mezi cca 400 a 800 nm i lidské oko) tyto změny zaznamená.

chromoforyskupiny atomů v molekule odpovědné za interakci se zářením určité vlnové délky ve spektru zářeníčastým chromoforem jsou konjugované násobné vazby bohaté na elektrony

II-7-57

na povrch dopadábílé světlo(polychromatické)

na povrch dopadábílé světlo(polychromatické)

je pohlcena složka oranžová (610 nm)

je pohlcena složka oranžová (610 nm)

vycházející světlo vidíme v doplňkovébarvě a jeví se nám jako modrozelené

vycházející světlo vidíme v doplňkovébarvě a jeví se nám jako modrozelené

bílé světlo

úhellomu

hranol

II-7-58

barva pozorovaná barva

absorbovaná

absorbovaná vlnová

délka

zelená červená 700 nmmodrozelená oranžovočervená 600 nmfialová žlutá 550 nmčervenofialová žlutozelená 530 nmčervená modrozelená 500 nmoranžová modrá 450 nmžlutá fialová 400 nm

100 200 400 800 nm0,1 0,2 0,4 0,8 2,5 15 50 µm

12500 4000 670 cm-1

UV VIS NIR IČ FIRbl

ízká

(vak

uová

) UV

190-800 nm

II-7-59

O

O

H3C

OHCH(CH3)2

CH(CH3)2

OH

CH3

O

O

H3C

OHCH(CH3)2

CH(CH3)2

OH

CH3

tymolftaleinpH 10

tymolftaleinpH 8

λmax : 590 nm

II-7-60

O

O

OH„již staří římané natírali lokomotivy suříkem“ (Žák+Rada)

lawsonžluté barvivo z henny; chinonové barvivojímž si barvil vousy Mohamed

H3C CH3

CH3

CH3 CH3

CH3 CH3

H3C

H3C CH36

3

3'

6'

β-karoten z mrkve

CH3 CH3

CH3 CH3 CH3

H3C CH3

H3C CH3

CH3

lykopen z rajských jablek

rozdíl velikosti molekuly (žlutá barva)

karotenovábarviva

OOH

CH3 CH3O

CH3 CH3

OH

oranžový krocetin ze šafránu

II-7-61

O

O

OH

O

O OH O

O

OH

CH3

CH3

lawson juglon lapacholžlutý hnědý žlutýz henny z vlaš. ořechu z tropických dřevderiváty 1,4-naftochinonu

OH

HOOH O

O CH3COOH

OH

chinonová a antrachinonová barviva

červenákyselina kermesováčervenofialová v H2SO4, modrá v kys. boritéfialová ve vodném louhu

OH

HOOH O

O CH3COOH

OHOH

HO

HOO

OH

H

kyselina karmínováz Coccus cacti L., Homopteratmavočervená ve voděžlutá až fialová v kyselinách

součásti karmínu z červce nopálového

O OHOH

O

červenýalizarin zMořeny barvířské(glykosid)

II-7-62

chinonová a antrachinonová barvivaalizarin pH= 12,1

alizarin pH= 6,8

alizarin pH= 5,5

červenooranžová

červená

fialová

II-7-63

H3C

OH O OH

OHH3C

OH O OH

OH

hypericinčervený, fluoreskující pigment z rostlin Hypericumvyvolává citlivost na světlo u býložravců, kteří jejspasou

melaniny (Allomelaniny z rostlin eumelaninys a phaeomelaniny vznikají oxidativní polymerizací 5,6-dihydroxyindolů odvozených enzymaticky od tyrosinu za účasti 3-hydroxytyrosinu [dopa])

HN

NH

HN O

OO

OO

O

strukturní fragment melaninůtmavých barviv z kůže a chlupů savců(albínům chybí)je odpovědný za zbarvení kutikul hmyzu, půdy,některých hub

phaeomelaniny obsahují síru, tvoří se z cysteinyldopa

HO

COOH

NH2

HO

HO

COOH

NH2

OH

O

NH2

HS (cystein)

II-7-64

NH

HN

O

O

indigozřejmě nejstarší používané barvivo z různých zástupců Indigofera, Leguminosae, z Bengálska, Javy, Guatemaly; vyskytuje se zde glukosid jeho prekursoru (indikan)

NH

HN

O

O

Br

Br

punicinantický (tyrský purpur) z měkkýšů Murex (Ostranky jaderské)

indigo (trans)

NH

HN

O

O

NH

HO

HO

HO

O

OH

Hemulsin

NH

OH

NH

O

O2

Na2S2O4

NH

HN

OH

HO

indikan indoxyl

indigoběl (kypa) bezbarváve vodě rozpustná

indigonerozpustné ve vodě

II-7-65

pyranová barvivaxanthony a flavonoidy (flavony, isoflavony, flavonoly, anthokyaniny aj.)

O

O

O

O

O

O

O

O

OH

O

Cl

xanthon flavon2-fenylchromon

isoflavon3-fenylchromon

flavonol2-fenyl-3-hydroxychromon

anthokyanidinO

chromen

II-7-66

O

HOO OH

OCH3

žlutý gentisin z kořene hořce

OHO

OH O

OH

žlutý apigenin z petržele, celeru a heřmánku

O

OH O

OCH3

OHOOH

HO

HOO

O

OHOH

HO

OH

hesperidin z citrusů

O

OCH3

O

HO

OH

OH

žlutý hesperetin jeho aglykon

O

OOH

HO

OH

žlutý genistein (významný fytoestrogen !!)a jeho glukosid genistin z kručinky barvířské

II-7-67

O

OHOOH

HO

OH

OH

kvercetintetrahydroxyflavonol, oranžově hnědýz chmele, dubové kůry, čaji, kaštanech aj.

aglykon rutinu (routa) jež ovlivňuje propustnost buněčnýchstěn

O

OH

OH

OH

HOCl

pelargonidinz pelargonií (červený)

O

OH

HO

OH

OH

OH Cl

kyanidinv kys. prostředí červený (růže, třešně, brusinky …)v alkalickém modrý (chrpa)

O

OH

OHOH

OH

OH

HO Cl

delfinidin, hnědý

jeho glukosid myrtillin-a sytě purpurový z macešek

II-7-68

HN

NNH

N

CH3

CH3CH3CH3CH3

N N

N NH H

H R1

R2H3C

H3CH CH3

H3CO OH

X =

H2C

O

H R3

Chlorofyl aChlorofyl b

O

Ofytyl

Mg2+

propionová kys.

CHOCH3 CH2CH3

CH2CH3

XX

R1 R2 R3

chlorofylúčastní se fotosyntézy

N N

N N

CH3H2C

HOOC COOH

Fe

H3CCH2

CH3H3Cporfin

hem

v organizmu se váže nabílkoviny přes histidin aglobina poté na kyslík, jenž přenáší

II-7-69

HNN

NN

CH3

CH2

CH3H3C

H3COH HO

H2C

COOHHOOC

bilirubinhlavní barevná látka žluči (oranžově červený)žlučové barvivo, vzniká oxidací hemuvyskytuje se jako glukuronid

NNH

HN

O

NH

OCH3

CH2

CH3H3C

H3C

HOOC COOH

H2C

zelený biliverdinžlučové barvivo

HN

HN

NH

N

H3C

H3C CH3

CH3O OH3C

CH3

COOHHOOC

H H

(–)-sterkobilin, jeden z oranžově žlutých urobilinůvznikajících ve střevech z metabolitů hemu

II-7-70

NH

HN

N

NH

H2N

OO

O COOH

červený erythropterinz křídel motýlů

N

N

N

NH2N

OH

OH

OH žlutý leukopterinz křídel motýlů

HN

N

HN

N

O

H2N

Ooranžový xanthopterinz křídel motýlů a krabů, ale i moči

N

N

N

N

pteridinová barviva; pteridin