Transcript ბიოორგანული ქიმიის საწყისები. მონოსაქარიდები

ნახშირწყლები,
მონოსაქარიდები
ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ 2011, საავტორო უფლებები დაცულია
http://chemistry.ge/eliz/presentations.html
ბიოორგანული ნაერთები
• ბიოორგანული ნაერთები
ეწოდებათ ბიოლოგიურ
სისტემებში გავრცელებულ
ნაერთებს!
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
2
რა კავშირია ბიორგანულ და ორგანულ ნაერთებს შორის?
• ბიოორგანულ ნაერთების აღნაგობა იმავე პრინციპებს ეფუძვნება,
რომელსაც “კლასიკური” ორგანული ნაერთები
O
H 2N
H 2N
CH3
H 3C
O
H 2N
O
NH2
N
O
H 3C
N
H 3C
N
Co
H
+
N
N
CH3
O
NH2
CH3
H 3C
CH3
H
C
H
H
მეთანი
H 3C
O
O
NH
O
N
O
NH2
CH3
P
O
-
O
HO
H
H
N
CH3
H
O
HO
H
ვიტამინი B12
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
3
რა კავშირია ბიორგანულ და ორგანულ ნაერთებს შორის?
• ბიოორგანულ მოლეკულებს შორის რეაქცია მიმდინარეობს
ცოცხალი უჯრედის შიგნით, მაგრამ ურთიერთქმედების
კანონზომიერებები იგივეა, რასაც აქვს ადგილი კოლბაში ან
სინჯარაში ორგანული მოლეკულების
ურთიერთქმედებისას.
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
4
კლასიფიკაცია
ბიოორგანული ნაერთები
ნახშირწყლები
მონოსაქარიდები
დისაქარიდები
ცილები
ოლიგოსაქარიდები
ლიპიდები
პოლისაქარიდები
ცხიმები
ნუკლეინმჟავები
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
5
ნახშირწყლები
• ნახშირწყლების ზოგადი ფორმულა: Cn(H2O)n
• ნახშირწყლები ისტორიული დასახელეება!
• სინამდვილეში წარმოადგენენ:
პოლიჰიდროქსიალდეჰიდებს,
პოლიჰიდროქსიკეტონებს ან ნაერთებს, რომელთა
ჰიდროლიზი იძლევა
პოლიჰიდროქსიალდეჰიდებსა და
პოლიჰიდროქსიკეტონებს
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
6
ბუნებაში გავრცელება
• ერთ-ერთი ყველაზე გავრხელებული
ნახშირწყალია გლუკოზა!
CO2
H2O
გლუკოზა
ჟანგვა
ენერგია
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
7
კლასიფიკაცია
შაქრების
დასახელებისას
გამოიყენება სუფიქსი
“ოზა”
O
n=3 ტრეოზები
ალდოზები
C
H
n=4 ტეტროზები
O
C
n=5 პენტოზები
კეტოზები
n=6 ჰექსოზები
ნახშირბადების რაოდენობის
მიხედვით
ფუნქციური ჯგუფის მიხედვით
მონოსაქარიდები
. . .
ალდოჰექსოზა
კეტოპენტოზა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
. ..
8
კლასიფიკაცია
• მაგალითები
O
O
OH
H
OH
H
OH
O
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
ალდოტეტროზა
OH
კეტოპენტოზა
OH
ალდოჰექსოზა
O
H
OH
გლიცერინალდეჰიდი
OH
ალდოტრიოზა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
9
კლასიფიკაცია
• D- და L- რიგი
O
H
O
OH
სარკული
გამოსახულება
HO
OH
H
OH
D-გლიცერინალდეჰიდი
L-გლიცერინალდეჰიდი
O
O
H
H
OH
OH
სარკული
გამოსახულება
HO
H
HO
H
OH
OH
D-ერითროზა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
L-ერითროზა
10
კლასიფიკაცია– ტეტროზები
• მოიცავენ 2 ქირალურ ნახშირბადს, ე.ი. აქვთ
4 სტერეოიზომერი
O
H
H
OH
OH
OH
D-ერითროზა
O
HO
HO
O
H
HO
H
H
H
OH
OH
L-ერითროზა
OH
D-თრეოზა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
O
H
HO
OH
H
OH
L-თრეოზა
11
კლასიფიკაცია– პენტოზები
•
მოიცავენ 3 ქირალურ ნახშირბადს, ე.ი. აქვთ
23=8 სტერეოიზომერი: ოთხი D–რიგის და ოთხი L-რიგის დიასტერეომერი
O
O
O
H
OH
HO
H
OH
H
OH
HO
H
OH
H
OH
H
H
OH
D-რიბოზა
H
H
HO
H
HO
H
H
HO
H
HO
H
HO
L-რიბოზა
HO
H
HO
OH
L-არაბინოზა
H
H
OH
OH
D-ლიქსოზა
O
O
H
OH
H
D-ქსილოზა
HO
OH
HO
OH
O
O
OH
OH
OH
D-არაბინოზა
O
H
H
OH
OH
H
OH
H
OH
L-ქსილოზა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
HO
H
OH
L-ლიქსოზა
12
კლასიფიკაცია– ჰექსოზები
•
მოიცავენ 4 ქირალურ ნახშირბადს, ე.ი. აქვთ
24=16 სტერეოიზომერი: რვა D–რიგის და რვა L-რიგის დიასტერეომერი
O
O
H
O
H
O
OH
HO
H
H
HO
H
H
OH
HO
H
OH
H
OH
HO
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
D-ალოზა
D-ალტროზა
O
O
H
OH
HO
H
OH
H
HO
H
H
OH
OH
D-გულოზა
OH
OH
HO
H
H
H
OH
D-გლუკოზა
D-მანოზა
O
O
OH
HO
H
OH
HO
H
HO
H
H
HO
H
HO
H
OH
OH
D-იდოზა
H
OH
H
OH
OH
OH
D-გალაქტოზა
D-ტალოზა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
13
კლასიფიკაცია
•
ეპიმერები ეწოდებათ ისეთ დიასტერეომერებს, რომელთა აღნაგობა
განსხვავდება მხოლოდ ერთი ნახშირბადატომის კონფიგურაციით
O
O
H
O
H
O
OH
HO
H
H
HO
H
H
OH
HO
H
OH
H
OH
HO
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
D-ალოზა
OH
OH
D-ალტროზა
D-გლუკოზა
C2- ეპიმერი
OH
D-მანოზა
დიასტერეომერი
C3- ეპიმერი
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
14
აღგაგობა – ციკლური სტრუქტურები
H
O
H
C
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
OH
C
H
OH
OH
HO
H
H
H
H
OH
HO
H
OH
H
O
OH
OH
HO
D–გლუკოზა
OH
–ანომერი
ჰეუორსის
სტრუქტუ–
რები
 –D–გლუკოპირანოზა
9 9 .6 %
0 .4 %
H
C
H
OH
OH
H
HO
ანომერული
ნახშირბადი
OH
H
OH
H
H
H
O OH
H
OH
H
H
OH
HO
OH
H
O
O
OH
–ანომერი
 –D–გლუკოპირანოზა
პირანი
შეადარეთ ანომერები
და ეპიმერები?
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
15
აღგაგობა – ციკლური სტრუქტურები
OH
OH
H 2C
C
HO
H 2C
O
H
C
HO
OH
HO
OH
O
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
O
HO
OH
H
OH
H 2C
H 2C
OH
D–ფრუქტოზა
OH
H
 –D–ფრუქტოფურანოზა
OH
H 2C
HO
HO
H
OH
H
O
H
HO
H
OH
OH
OH
HO
O
H
H 2C
O
HO
C
H
 –D–ფრუქტოფურანოზა
ფურანი
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
16
ქიმიური თვისებები – რედოქს რეაქციები
• აღდგენის რეაქციები
• ალდოზების ან კეტოზების კარბონილის
ჯგუფის აღდგენით მიიღება პოლიჰიდროქსი
ნაერთები– ალდიტოლები
რედოქს (Redox)–
რეაქციები
აღნიშვნავს ჟანგვა–
აღდგენის რეაქციებს
(Reduction - აღდგენა
Oxidation – ჟანგვა)
• აღმდგენელები: NaBH4, H2/Pd, ...
H
O
H
C
H
HO
H
H
OH
H
OH
H 2C
1. N aB H 4
2. H 3 O
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
C
1. N aB H 4
+
2. H 3 O
HO
D-მანოზა
HC
O
H
1. N aB H 4
+
H
OH
H
OH
OH
D-მანიტოლი
ალდიტოლი
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
2. H 3 O
+
HO
OH
H
H
OH
H
OH
H 2C
H 2C
H 2C
OH
H 2C
H 2C
CH
HO
OH
OH
OH
OH
OH
D-ფრუქროზა
D-გლუციტოლი
ალდიტოლი
17
ქიმიური თვისებები – რედოქს რეაქციები
• ჟანგვის რეაქციები (ბრომის
საშუალებით)
H
O
C
H
COOH
OH
H
OH
H 2O
HO
H
H
OH
H
OH
H 2C
OH
D-გლუკოზა
+
Br 2
( wi T el i )
HO
H
+
2
Br
-
ბრომი საშუალო
სიძლიერის
დამჟანგველია, ამიტომ
იგი მხოლოდ
ალდეჰიდის ჯგუფს
ჟანგავს,
ხოლო კეტონისა და
სპირტული
ჰიდროქსილის ჯგუფები
ხელუხლებელი რჩება
( u f er u l i )
H
OH
H
OH
H 2C
OH
D-გლუკონმჟავა
ალდონმჟავა
აღნიშნული რეაქციით შესაძლებელია
ალდოზებისა და კეტოზების
ერთმანეთისაგან გარჩევა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
18
ქიმიური თვისებები – რედოქს რეაქციები
• ჟანგვის რეაქციები (ტოლენსის
რეაგენტით)
O
H
ტოლენსის
რეაგენტი
Ag(NH3)2OH
H
COOH
O
C
C
OH
H
H
HO
HO
OH
H
H 2C
OH
OH
H
OH
C
H
A g(N H 3 ) 2 O H
H
HO
H
A g(N H 3 ) 2 O H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
C
OH
C
HO
O
H
H
OH
H
OH
C
OH
OH
D-გლუკოზა
HO
H
H
OH
H
OH
-
O H , H 2O
H
O
COOH
C
OH
D-ფრუქტოზა
OH
ენოლი
D-გლუკოზა
ალდონმჟავა
-
O H , H 2O
OH
D-გლუკონმჟავა
HO
HO
H
C
HO
H
H
OH
მიაქციეთ ყურადღება! ტოლენსის
H
OH
რეაგენტი კეტონებს ვერ ჟანგავს, თუმცა
გამოიყენება კეტოზების ჟანგვისათვის.
რატომ?
OH
პასუხისათვის ყურადღებით
D-მანოზა
დააკვირდით სქემას.
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
A g(N H 3 ) 2 O H
HO
H
H
H
OH
H
OH
OH
ალდონმჟავა
19
ქიმიური თვისებები – რედოქს რეაქციები
• ჟანგვა – (აზოტმჟავის საშუალებით)
H
O
COOH
H
OH
H
OH
HO
H
H
OH
HNO3
H
OH
H
OH
HO
H
H
OH
COOH
OH
D-გლუკოზა
აზოტმჟავა ძლიერი დამჟანგველია.
ამიტომ იგი იწვევს ორი კიდურა
ფუნქციური ჯგუფის დაჟანგვას
კარბოქსილამდე.
ალდონ მჟავა– ნახშირწყალი,
რომელიც მოიცავს ერთ COOH
ჯგუფს
D-გლუკარმჟავა
ალდარჟავა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
ალდარმჟავა – ნახშირწყალი,
რომელიც მოიცავს ორ COOH
ჯგუფს
20
ქიმიური თვისებები
• ოზაზონების წარმოქმნა
H
O
H
C
H
C
OH
C
H
HO
N
H
H
OH
H
OH
+
3 H 2N
HO
N
NH
Ph
H
- Ph N H 2
-N H 3
- 2 H 2O
H 2C
H
OH
H
OH
H 2C
OH
OH
D-გლუკოზის ოზაონი
D-გლუკოზა
მონოსაქარიდები წყალში იხსნებიან და
წარმოქმნიან სიპიფებს. მათი დასუფთავება
საკმაოდ პრობლემატურია.
ოზაზონები – კრისტალური და წყალში უხსნადი
ნაერთებია, ეს კი საშუალებას იძლევა გამოვყოთ
და გავასუფთავოთ მონოსაქარიდები
NH
+
NH
Ph
“ოზ” – შაქრების დაბოლოვება
“აზონი” – ჰიდრაზონიდან
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
21
ქიმიური თვისებები
• ეპიმერები ერთიდაგივე ოზაონებს წარმოქმნიან
H
H
O
C
C
3
H
H 2N
H
H
OH
C
H
+
- PhN H2
-N H 3
H
OH
Ph
OH
NH
H 2C
NH
OH
HO
N
- 2 H 2O
HO
N
NH
Ph
H
H
H
OH
D-გლუკოზა
H 2N
NH
C
H
- PhN H2
OH
-N H 3
- 2 H 2O
OH
D-გლუკოზის ოზაონი
O
+
OH
H 2C
H 2C
3
HO
H
H
OH
H
OH
H 2C
OH
D-ფრუქტოზა
D-ფრუქტოზის ოზაონი
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
22
ეს საინტერესოა!
H
H
O
N
C
H
Hemoglobin
CH
C
H
H
C
OH
C
OH
HO
HO
H
H
OH
H
OH
+
H 2N
H
gad aj gu f eba
Hemoglobin
NH
HO
Hemoglobin
O
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H 2C
H 2C
OH
OH
D-გლუკოზა
დიაბეტით დაავადებულულ ადამიანებში ხშირია
კატარაქტით დაავადებების შემთხვევებიც, რაც
განპირობებულია თვალის ბროლის ცილების
NH2-ჯგუფებსა და გლუკოზას შორის მიმდინარე
რეაქციები.
H 2C
OH
ჰემოგლობინ–AIc
წარმოდგენილი რეაქციის თანახმად,
ჰემოგლობინ–AIc–სა და სისხლში გლუკოზის
რაოდენობა პროპორციულია. ამიტომ ამ
რეაქციას იყენებენ დიაბეტით დაავადებული
ადამიანების სისხლში შაქრის რაოდენობის
ანალიზისათვის
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
23
ჩონჩხის დაგრძელების რეაქციები
• კილიანი–ფიშერის მეთოდი
H
H
C
N
C
OH
HC
H2
H
C
OH
P d/B aS O 4
H
OH
Na C
-
OH
D-ერითროზა
OH
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
H 2C
H 2C
OH
OH
D-რიბოზა
N
C
H 2C
C
H
H 2C
+
OH
H
OH
C
H
HCl
H 2O
H
O
H
O
C
NH
HC
HO
C
H
H
OH
H
OH
H 2C
O
H
N
HCl
H2
C
NH
HCl
HO
C
H
P d/B aS O 4
H 2O
HO
C
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
H 2C
OH
H 2C
OH
D-არაბინოზა
პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ საავტორო უფლებები დაცულია
http://www.gtu.ge/katedrebi/dep33/eliz/lecturs_eliz.htm
24
ჩონჩხის დამოკლების რეაქციები
• რუფის დეგრადაციის მეთოდი
H
O
COO
C
H
H
OH
1) B r 2 , H 2 O
HO
H
H
OH
H
OH
2) C a(O H ) 2
-
Ca
2+
H
C
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H 2O 2
Fe
3+
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H 2C
H 2C
H 2C
O
OH
D-გლუკოზა
ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ 2013, საავტორო უფლებები დაცულია
http://chemistry.ge/eliz/presentations.html
OH
D-არაბინოზა
მადლობთ ყურადღებისათვის!
ელიზბარ ელიზბარაშვილი @ 2013, საავტორო უფლებები დაცულია
http://chemistry.ge/eliz/presentations.html