ORGANICKÉ SLOUČENINY OBSAHUJÍCÍ KYSLÍK, DUSÍK, SÍRU &

Transkript

1 Tereza Popelková RGANICKÉ SLUČENINY BSAHUJÍCÍ KYSLÍK, DUSÍK, SÍRU & Biologicky významné heterocykly

2 RGANICKÉ SLUČENINY BSAHUJÍCÍ KYSLÍK HYDRXYDERIVÁTY KARBNYLVÉ SLUČENINY KARBXYLVÉ SLUČENINY A DERIVÁTY ETHERY

3 Elektronová konfigurace atomu kyslíku 1s 2 2s 2 2p 4 Ve sloučeninách jako dvojvazný

4 H Hydroxyderiváty hydroxylová skupina (-H) R H R: alifatický řetězec (alkoholy) nebo aromatické jádro (fenoly) Ethery alkoxylová skupina (-R) R R Karbonylové sloučeniny karbonylová skupina (aldehydy a ketony) C R H R C Karboxylové kyseliny karboxylová skupina R R C

5 I. Hydroxyderiváty H 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.

6 I. Hydroxyderiváty Chovají se jako kyselina i jako zásada: alkohol alkoxidový ion alkohol oxoniový ion

7 Terciární alkohol: 3 uhlíky ve vazbě na C s hydroxylovou skupinou H Alkoholy Klasifikace podle vazebného místa v řetězci : CH 3 CH 3 CH 3 C H CH 3 C H CH 3 C H H H CH 3 etanol isopropanol terc-butanol primární alkohol sekundární alkohol terciární alkohol Primární alkohol: 1 uhlík ve vazbě na C s hydroxylovou skupinou Sekundární alkohol: 2 uhlíky ve vazbě na C s hydroxylovou skupinou

8 Eliminace - dehydratace H H C C C C + H Glykolýza: H C 1 C 2 P 3 2- C 1 C 2 P H2 H C 3 H H C 3 H H 2-fosfoglycerát fosfoenolpyruvát

9 xidace alkoholů

10

11 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.

12 xidace etanolu v organismu 1 alkoholdehydrogenáza 2 aldehyddehydrogenáza metanol formaldehyd kyselina mravenčí 1 2

13 Biologické vlastnosti alkoholů molekuly léčiv obsahují H skupinu zvýšení polarity a rozpustnosti ve vodě steroidy, hormony

14 Ethylenglykol - ethan-1,2-diol H Používá se do nemrznoucích směsí Fridex Toxický: 50 ml, letální: 100 ml Nasládlá chut, rozpustný ve vodě, bezbarvý H H Glycerol - propan-1,2,3-triol (glycerin) Uhlíková kostra glycerolu je součástí biologicky významných látek v organismu (TAG). H H

15 Reakcí s kyselinami vznikají estery s kyselinou dusičnou vzniká glyceroltrinitrát tzv. nitroglycerin. Podává se jako lék při onemocnění srdce.

16 S kyselinou fosforečnou se esterifikuje primární H skupina na kyselinu 1-glycerofosforečnou. Významný metabolit a strukturní složka komplexních lipidů.

17 Inositol součást fosfolipidů (fosfatidylinositolu) H H H H H Sfingosin (2-amino-4-oktadecen-1,3-diol) součást sfingolipidů v mozku H Ethanolamin ve fosfolipidech Cholin ve fosfolipidech Acetylcholin přenos nervových vzruchů

18 Fenoly Benzendioly H H H H H H pyrokatechol resorcinol hydrochinon Pyrokatechol - součást molekuly katecholaminů (adrenalin, noradrenalin) Resorcinol dezinfekce H + 2 H - 2 H H Hydrochinon vzniká oxidací chinonu, součást koenzymu Q (ubichinon) p-benzochinon hydrochinon

19 SHRNUTÍ alkoholy, fenoly vlastnosti H skupiny reakce: oxidace (prim., sek. terc. alkoholů) eliminace (dehydratace) zástupci

20 II. Karbonylové sloučeniny R 1 Společná je pro ně karbonylová skupina (polární), velmi reaktivní R 1 C Aldehydy - karbonyl na primárním uhlíku - aromatické či alifatické red. vlastnosti Ketony - karbonyl na sekundárním uhlíku - mohou být i smíšené - neredukují

21 Přehled běžných aldehydů a ketonů Formaldehyd Metanal Acetaldehyd Etanal Propionaldehyd Propanal Akrylaldehyd Propenal Glyoxal Ethandial Benzaldehyd Cinnamaldehyd 3-fenylpropenal Aceton Propan-2-on Etylmetylketon Butan-2-on Acetofenon Metylfenylketon Benzofenon Difenylketon Cyclohexanon

22 Nukleofilní adice

23 Tvorba poloacetalů (hemiacetalů) Reakce alkoholu s aldehydem nebo s ketonem. -H skupina akoholu se váže na karbonylovou skupinu aldehydu nebo ketonu. polocetalový hydroxyl Vznik poloacetalu je zejména významný u sacharidů a je příčinou vzniku jejich cyklické struktury.

24 CH 1 H 2 H H 3 H H 4 H H 5 H CH 2 H 6 D-glukóza 0,02 % Tvorba poloacetalu H H H 4 H H H 2 H 1 H H H β b-d-glukóza 64 %

25 Reakce aldehydů a ketonů s aminy R-CHNH 2 -C - pyridoxalfosfát pyridoxalfosfát +AMK Aldehydy a ketony reagují s primárními aminy za vzniku iminů - Schiffovy báze: transaminace (pyridoxalfosfát) neenzymatické glykace při diabetu

26 Aldolizace Glukoneogeneze:

27 SHRNUTÍ aldehydy, ketony vlastnosti C= vazby reakce: nukleofilní adice, tvorba poloacetalů, vznik iminů

28 III. Karboxylové kyseliny Funkční skupina je -CH Podle počtu CH skupin rozlišujeme: mono-, di-, triaž polykarboxylové kyseliny. Karboxylová skupina je polární a vytváří proto pevné vodíkové můstky CH 3 Nukleofilní substituce (esterifikace): C H H C CH 3

29 Monokarboxylové kyseliny Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum Název soli HCH Mravenčí metanová formicum formiát CH 3 CH ctová etanová aceticum acetát CH 3 CH 2 CH Propionová propanová propionát CH 3 (CH 2 ) 2 CH Máselná butanová butyrát (CH 3 ) 2 CHCH Isomáselná isobutanová isobutyrát CH 3 (CH 2 ) 3 CH Valerová pentanová valerát CH 3 (CH 2 ) 14 CH Palmitová hexadekanová palmitát

30 Monokarboxylové kyseliny Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum Název soli CH 3 (CH 2 ) 16 CH Stearová ktadekanová stearát CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH- (CH 2 ) 7 CH lejová oleát CH 2 =CHCH Akrylová Propan-2-enová akrylát CH Benzoová benzoicum benzoát

31 Dikarboxylové kyseliny Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum Název soli HC-CH šťavelová ethandiová oxalicum oxalát HC-CH 2 -CH malonová propan-1,3-diová malonicum malonát HC-(CH 2 ) 2 -CH jantarová butan-1,5-diová succinisum sukcinát HC-(CH 2 ) 3 -CH glutarová pentan-1,5-diová glutamicum glutarát HC H C C CH H maleinová cis-but-2-en-1,5- diová maleinát HC H C C H CH fumarová trans-but-2-en-1,5- diová fumarát CH CH ftalová o-benzendiová ftalát

32 Funkční deriváty karboxylových kyselin

33 Substituční deriváty karboxylových kyselin Hydroxykyseliny: H H CH 3 kyselina mléčná H H H kyselina jablečná

34 Ketokyseliny: spontánně

35 R R IV. Ethery R R Funkční skupina: R (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

36 SHRNUTÍ karboxylové kys. a jejich deriváty (fčí a subst.) ketokyseliny, hydroxykyseliny vlastnosti karboxylové skupiny reakce: esterifikace zástupci

37 RGANICKÉ SLUČENINY BSAHUJÍCÍ DUSÍK NITRDERIVÁTY AMINY AMIDY IMIDY

38 Dusíkaté sloučeniny Typy vazeb v dusíkatých sloučeninách: 1s 2 2s 2 2p 3 ve sloučeninách jako trojvazný

39 Nitroderiváty: R-N 2 Substituce vodíku nitroskupinou (N 2 ) Vznikají nitrací uhlovodíků (HN 3 ) chloramfenikol (antibiotikum) trinitrotoluen

40 Aminy: R-NH 2 rganické deriváty amoniaku -NH 2 -NH- -N- bazické a nukleofilní (volný elektronový pár dusíku) tvoří vodíkové můstky (velká polarita) tvorba nitrosoaminů

41 Význam aminů: Nejdůležitější organické zásady Význam v biochemii: kvartérní amoniové báze biogenní aminy aminokyseliny proteiny alkaloidy

42 Kvartérní amoniové báze: R Cholin: součást fosfolipidů (fosfatidylcholin - lecitin) R N + R R Acetylcholin: neurotransmiter

43 Biogenní aminy: vznik: dekarboxylací aminokyselin součástí biomolekul, neurotransmitery Aminokyselina Amin Funkce Serin Ethanolamin Fosfolipidy Cystein Cysteamin Koenzym A Threonin Propanolamin Vitamin B 12 Aspartát β-alanin Koenzym A Glutamát γ-aminobutyrát Neurotransmiter (GABA) Histidin Histamin Mediátor, neurotransmiter Dopa Dopamin Neurotransmiter 5-hydroxytryptofan Serotonin Mediátor, neurotransmiter

44 Biogenní aminy příklady:

45 Katecholaminy a amfetaminy: Katecholaminy (adrenalin a noradrenalin) Biogenní aminy s katecholovou skupinou odvozeny od tyrozinu Hormony (syntéza v dřeni nadledvin), neurotransmitery (sympatikus) H H NH 2 Amfetaminy Účinek jako katecholaminy Stimulační účinky (zneužití!) H noradrenalin H H HN CH 3 H adrenalin

46 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

47 pium a opiáty: = morfinové alkaloidy významné látky v medicíně, návyk! váží se na opiové receptory Příklady: pium, morfin tišení bolesti (zdroj: mák) Kodein analgetikum, proti kašli Heroin syntetizován z morfinu Hledání podobných látek bez návyku:

48 Amidy: R-C-NH 2 deriváty karboxylových kyselin (aminoskupina na karbonylovém uhlíku) Vlastnosti: nejsou bazické (karbonylová skupina delokalizace elektronového páru) vznik peptidové vazby NH 2 + HC- (enzymaticky katalyzované) stabilita proti hydrolýze (peptidová vazba stabilní, enzymatická hydrolýza )

49 Asparagin, glutamin: Vznik peptidové vazby:

50 Karbamát a močovina = amidy kyseliny uhličité (H 2 C 3 ) NH 2 H Monoamid kyseliny uhličité (kyselina karbamová) NH 2 Karbamoylfosfát - součást vzniku močoviny a pyrimidinů 2 ATP 2 ADP+Pi C 2 + H 2 HC NH 4 + karbamoylfosfátsyntáza NH 2 Diamid kyseliny uhličité (močovina) - H 2 N P -

51 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 Cu 2+ - fialový komplex 2 molekuly močoviny

52 Kreatin ve svalech, přenos energie pro svalovou činnost Kreatinin vzniká ve svalech neenzymaticky z kreatinu vylučován močí clearance kreatininu

53 Barbituráty deriváty kyseliny barbiturové: sedativa, hypnotika, narkotika

54 Schiffovy báze: Iminy: R-C=N-R funkční skupiny obsahující dvojnou vazby mezi C a N, další skupiny vázané na N Mechanismus transaminace: R-CHNH 2 -C - pyridoxalfosfát pyridoxalfosfát +AMK

55 SHRNUTÍ nitroderiváty, aminy, amidy, iminy kvartérní amoniové soli amidová vazba mezi aminokyselinami zástupci

56 RGANICKÉ SLUČENINY BSAHUJÍCÍ SÍRU THILY DISULFIDY SULFIDY SULFNVÉ KYSELINY

57 Sirné sloučeniny podobné kyslíkatým sloučeninám:

58 Thioly: R-SH (sulfanylová/thiolová Vlastnosti: Netvoří vodíkové můstky Silnější kyseliny než alkoholy skupina) Snadno oxidovatelné disulfidy glutathion Příklady: + H 3 N CH C - - H C C CH 2 CH 2 C N CH C N CH 2 C NH 3 + H CH 2 H - CH 2 glutamát CH 2 glycin SH SH cystein cystein

59 Disulfidy: R-S-S-R Disulfidické můstky mezi cysteiny disulfidický můstek důsledek oxidace dvou -SH skupin (vratná reakce) terc. struktura proteinů!

60 Glutathion antioxidant (odstranění volných radikálů) Gly Glutathionperoxidáza + R---H Gly Gly Cys SH Cys S S Cys + H 2 Glu + NADPH Glutathionreduktáza Glu Glu Redukovaný xidovaný (monomer) (dimer, disulfid)

61 H H Příklad: Methionin + H 3 N Sulfidy: R-S-R CH C CH 2 - H 3 C S + - C CH 2 CH 2 CH NH 3 + CH 2 Adenin S-adenosylmethionin CH 2 H H S-Adenosylmethionin (SAM) S CH 3 Metylace - příjemce metylové skupiny metylovaná sloučenina = sulfoniový ion reaktivní metylová skupina (metylační agens) C S CH 2 CH 2 CH NH 3 + CH 2 Adenin S-adenosylhomocystein

62 Sulfonové kyseliny: R-S 3 H Příklady: Taurin = derivát cysteinu Sulfonamidy důležitá chemoterapeutika H 2 N S NH 2 sulfanilamid

63 SHRNUTÍ thioly, sulfidy, disulfidy, sulfonové kyseliny zástupci (SAM, GSH, cystein)

64 BILGICKY VÝZNAMNÉ HETERCYKLY

65 Název Struktura Biologicky významné deriváty Furan Pyrrol N H Furanózy (sacharidy) Porfin (hem, vit. B 12 ) Bilirubin Prolin, Hydroxyprolin Indol N H Tryptofan, Serotonin, Melatonin LSD Imidazol N H N Histidin, Histamin Biotin (vit. H)

66 Název Struktura Biologicky významné deriváty Thiazol S N Thiamin (vit. B 1 ) Penicilin Pyran Pyranózy (sacharidy) Benzopyran Tokoferol (vit. E) Pyridin N Nikotinamid (vit. B 2 ) Pyridoxal (vit. B 6 )

67 Název Pyrimidin Struktura N Biologicky významné deriváty Pyrimidinové báze (U,T,C) Fenobarbital N Vit. B 1 Purin N N N H N Purinové báze (A,G) Hypoxanthin Kofein Kyselina močová N N Pteridin Kyselina listová (vit. B 9 ) N N Isoalloxazin Riboflavin (vit. B 2 )

68 DĚKUJI ZA PZRNST