organická chemie pro biochemiky iiold.vscht.cz/lam/uceni/ochpredn1718_03a.pdf · isothiazol...
TRANSCRIPT
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