Tereza Popelková tereza.popelkova@lfmotol.cuni.cz RGANICKÉ SLUČENINY BSAHUJÍCÍ KYSLÍK, DUSÍK, SÍRU & Biologicky významné heterocykly
RGANICKÉ SLUČENINY BSAHUJÍCÍ KYSLÍK HYDRXYDERIVÁTY KARBNYLVÉ SLUČENINY KARBXYLVÉ SLUČENINY A DERIVÁTY ETHERY
Elektronová konfigurace atomu kyslíku 1s 2 2s 2 2p 4 Ve sloučeninách jako dvojvazný
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
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.
I. Hydroxyderiváty Chovají se jako kyselina i jako zásada: alkohol alkoxidový ion alkohol oxoniový ion
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
Eliminace - dehydratace H H C C C C + H 2 - - Glykolýza: H C 1 C 2 P 3 2- C 1 C 2 P 3 2- + H2 H C 3 H H C 3 H H 2-fosfoglycerát fosfoenolpyruvát
xidace 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.
xidace etanolu v organismu 1 alkoholdehydrogenáza 2 aldehyddehydrogenáza metanol formaldehyd kyselina mravenčí 1 2
Biologické vlastnosti alkoholů molekuly léčiv obsahují H skupinu zvýšení polarity a rozpustnosti ve vodě steroidy, hormony
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
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 H skupina na kyselinu 1-glycerofosforečnou. Významný metabolit a strukturní složka komplexních lipidů.
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
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
SHRNUTÍ alkoholy, fenoly vlastnosti H skupiny reakce: oxidace (prim., sek. terc. alkoholů) eliminace (dehydratace) zástupci
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
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
Nukleofilní adice
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.
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 6 3 5 H H 2 H 1 H H H β b-d-glukóza 64 %
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
Aldolizace Glukoneogeneze:
SHRNUTÍ aldehydy, ketony vlastnosti C= vazby reakce: nukleofilní adice, tvorba poloacetalů, vznik iminů
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
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
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
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
Funkční deriváty karboxylových kyselin
Substituční deriváty karboxylových kyselin Hydroxykyseliny: H H CH 3 kyselina mléčná H H H kyselina jablečná
Ketokyseliny: spontánně
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
SHRNUTÍ karboxylové kys. a jejich deriváty (fčí a subst.) ketokyseliny, hydroxykyseliny vlastnosti karboxylové skupiny reakce: esterifikace zástupci
RGANICKÉ SLUČENINY BSAHUJÍCÍ DUSÍK NITRDERIVÁTY AMINY AMIDY IMIDY
Dusíkaté sloučeniny Typy vazeb v dusíkatých sloučeninách: 1s 2 2s 2 2p 3 ve sloučeninách jako trojvazný
Nitroderiváty: R-N 2 Substituce vodíku nitroskupinou (N 2 ) Vznikají nitrací uhlovodíků (HN 3 ) chloramfenikol (antibiotikum) trinitrotoluen
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
Význam aminů: Nejdůležitější organické zásady Význam v biochemii: kvartérní amoniové báze biogenní aminy aminokyseliny proteiny alkaloidy
Kvartérní amoniové báze: R Cholin: součást fosfolipidů (fosfatidylcholin - lecitin) R N + R R Acetylcholin: neurotransmiter
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
Biogenní aminy příklady:
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
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
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:
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 )
Asparagin, glutamin: Vznik peptidové vazby:
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 3 - + NH 4 + karbamoylfosfátsyntáza NH 2 Diamid kyseliny uhličité (močovina) - H 2 N P -
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
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
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
SHRNUTÍ nitroderiváty, aminy, amidy, iminy kvartérní amoniové soli amidová vazba mezi aminokyselinami zástupci
RGANICKÉ SLUČENINY BSAHUJÍCÍ SÍRU THILY DISULFIDY SULFIDY SULFNVÉ KYSELINY
Sirné sloučeniny podobné kyslíkatým sloučeninám:
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
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 Glutathionperoxidáza + R---H Gly Gly Cys SH Cys S S Cys + H 2 Glu + NADPH Glutathionreduktáza Glu Glu Redukovaný xidovaný (monomer) (dimer, disulfid)
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
Sulfonové kyseliny: R-S 3 H Příklady: Taurin = derivát cysteinu Sulfonamidy důležitá chemoterapeutika H 2 N S NH 2 sulfanilamid
SHRNUTÍ thioly, sulfidy, disulfidy, sulfonové kyseliny zástupci (SAM, GSH, cystein)
BILGICKY VÝZNAMNÉ HETERCYKLY
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)
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 )
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 )
DĚKUJI ZA PZRNST