organické sloučeniny obsahující...
TRANSCRIPT
ORGANICKÉ
SLOUČENINY
OBSAHUJÍCÍ KYSLÍK,
DUSÍK, SÍRU
Biologicky významné
heterocykly
Tereza Popelková
&
ORGANICKÉ
SLOUČENINY
OBSAHUJÍCÍ KYSLÍK
HYDROXYDERIVÁTY
KARBONYLOVÉ SLOUČENINY
KARBOXYLOVÉ SLOUČENINY A DERIVÁTY
ETHERY
Elektronová konfigurace atomu kyslíku
1s2 2s2 2p4
Ve sloučeninách jako dvojvazný
O
O
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)
R O H
ROR
C OR
C
H
O
R
R
O
R
C
OH
O
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
C
H
CH3
H
OH
H
CH3
CH3
C OH
CH3
C
CH3
CH3 OH
Eliminace - dehydratace
C C
H OH
C C + H2O
Glykolýza: C1
C2
C3H
H
OH
H
O-
O
OPO3
2-
C1
C2
C3H
H
O-
O
OPO3
2-+ H
2O
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).
OH
OH
OH
OH
OH
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
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Benzendioly
Pyrokatechol - součást molekuly
katecholaminů (adrenalin,
noradrenalin)
Resorcinol – dezinfekce
Hydrochinon – vzniká oxidací
chinonu, součást koenzymu Q
(ubichinon)
Fenoly
OH
OH
OH
OH
OH
OH
pyrokatechol resorcinol hydrochinon
OH
OH
O
O
p-benzochinon hydrochinon
+ 2 H
- 2 H
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
C O
R1
R1
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
CHO1
2OHH
3HOH
4OHH
5OHH
CH2OH6
Tvorba poloacetalu
D-glukóza0,02 %
b-D-glukóza64 %
O
1
45
H
OH
H
H
H
OHH
6
OH2
3
OH
OH
β
Reakce aldehydů a ketonů s
aminy
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):
CH3 C
O
O H
CH3
H O
O
C
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
COOH
H
C
HOOC
C
COOH
H
H
COOH
C
HOOC
C
H
Funkční deriváty karboxylových
kyselin
Substituční deriváty
karboxylových kyselin
Hydroxykyseliny:
OH
CH3
O
OH
O
OH
O
OH
OH
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
O
SHRNUTÍ
karboxylové kys. a jejich deriváty (fčí a subst.)
ketokyseliny, hydroxykyseliny
vlastnosti karboxylové skupiny
reakce: esterifikace
zástupci
ORGANICKÉ
SLOUČENINY
OBSAHUJÍCÍ DUSÍK
NITRODERIVÁTY
AMINY
AMIDY
IMIDY
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
R
N+
R
R
R
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)
NH2
OH
OH
OH
noradrenalin
NHOH
OH
CH3
OH
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
O
NH2
O P
O
O-
O-
CO2 + H
2O
HCO3- + NH
4+
2 ATP
2 ADP+Pi
karbamoylfosfátsyntáza
O
NH2
OH
Monoamid kyseliny uhličité
(kyselina karbamová)
O
NH2
NH2
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
O-
OH
NH3+
O
H CH2
CH2
SH
O
H
O
O-
glutamát
cystein
glycin
glutathion
CHNH3
+C
CH2
SH
O
O-
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)
Gly
Cys
Glu
Gly
Cys
Glu
Gly
Cys SH
Glu
S S
Oxidovaný
(dimer, disulfid)
Redukovaný
(monomer)
+ H2O
Glutathionperoxidáza
Glutathionreduktáza
+ R-O-O-H
+ NADPH
Příklad:
Methionin
S-Adenosylmethionin (SAM)
= sulfoniový ion
reaktivní metylová skupina
(metylační agens)
Sulfidy: R-S-R
CHNH3
+C
CH2
CH2
O
O-
S
CH3
AdeninO
CH2
OHOH
CH
NH3
+
C
CH2CH2
O
O-
S+
CH3
AdeninO
CH2
OHOH
CH
NH3
+
C
CH2CH2
O
O-
S
Metylace
příjemce metylové skupiny
metylovaná sloučenina
S-adenosylmethionin
S-adenosylhomocystein
Sulfonové kyseliny: R-SO3H
Příklady:
Taurin
= derivát cysteinu
Sulfonamidy
důležitá chemoterapeutika
NH2 S NH2
O
O
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
Indol
Tryptofan, Serotonin,
Melatonin
LSD
Imidazol Histidin, Histamin
Biotin (vit. H)
O
NH
NH
N
NH
Název Struktura Biologicky významné
deriváty
Thiazol Thiamin (vit. B1)
Penicilin
Pyran Pyranózy (sacharidy)
Benzopyran Tokoferol (vit. E)
Pyridin Nikotinamid (vit. B2)
Pyridoxal (vit. B6)
O
O
N
N
S
Název Struktura Biologicky významné
deriváty
Pyrimidin
Pyrimidinové báze (U,T,C)
Fenobarbital
Vit. B1
Purin
Purinové báze (A,G)
Hypoxanthin
Kofein
Kyselina močová
Pteridin Kyselina listová (vit. B9)
Isoalloxazin Riboflavin (vit. B2)
N
N
N
N
N
NH
N
N
N
N
DĚKUJI ZA POZORNOST