Transcript Organické sloučeniny obsahující kyslík

Organické sloučeniny
obsahující kyslík, dusík a
síru
Biologicky významné
heterocykly
Martina Srbová
[email protected]
Organické sloučeniny
obsahující kyslík
Elektronová konfigurace atomu kyslíku
1s2
2s2
2p4
Z elektronové konfigurace kyslíku vyplývá, že v
molekule organické sloučeniny může být kovalentně
vázán jako dvojvazný.
O
O

Hydroxyderiváty (Alkoholy a fenoly)
– mají hydroxylovou skupinu (-OH)
R-O–H
•

Fenoly:-OH se přímo váže na aromatické jádro
Ethery – sloučeniny s alkoxylovou skupinou (-OR)
R-O–R

Aldehydy a ketony – sloučeniny s karbonylovou skupinou
R
C= O
H

C= O
-
R
R
C=O
-
Karboxylové kyseliny – sloučeniny s karboxylovou skupinou
R
H -O
-
-
C = O-
I.Hydroxyderiváty
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.
Vlastnosti hydroxyderivátů

Chovají se jako kyselina i jako zásada.
Alkohol
Alkohol
alkoxidový ion
oxoniový ion
Hydroxyderiváty
Podle počtu –OH skupin v molekule:
•Monohydroxyderiváty
•Polyhydroxyderiváty
(polyoly)
Dioly (dihydroxyderiváty)
Trioly (trihydroxyderiváty)
Tetroly (tetrahydroxyderiváty)
Alkoholy
Klasifikace podle vazebného místa v řetězci
etanol
primární alkohol
isopropanol
sekundární alkohol
terc-butanol
terciární alkohol

Primární alkohol: 1 uhlík ve vazbě na uhlík s hydroxylovou skupinou

Sekundární alkohol: 2 uhlíky ve vazbě na uhlík s hydroxylovou skupinou

Terciární alkohol: 3 uhlíky ve vazbě na uhlík s hydroxylovou skupinou
Eliminace
dehydratace
př. v glykolýze
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 alkoholu v těle

Methanol se v játrech oxiduje na formaldehyd
Metanol
1
formaldehyd
2
kys. mravenčí
Ethylenglykol - ethan-1,2-diol HO–CH2–CH2–OH

Používá se do nemrznoucích směsí Fridex
Toxický: 50 ml, letální: 100 ml
Nasládlá chut‘, rozpustný ve vodě
Glycerol - propan-1,2,3-triol (glycerin)
CH2 - OH
Uhlíková kostra glycerolu je
součástí biologicky významných
látek v organismu

CH - OH
CH2 - 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-4oktadien-1,3diol)
• součást sfingolipidů v mozku
• Ethanolamin: ve fosfolipidech
• Cholin: ve fosfolipidech
• Acetylcholin – přenos nervových vzruchů
Fenoly

Benzendioly
pyrokatechol
resorcinol
Pyrokatechol - součást molekuly katecholaminů
(adrenalin, noradrenalin)
Resorcinol – použití jako desinfekce
Hydrochinon – oxidací chinon,součást koenzymu
Q (ubichinon)
hydrochinon
+2H
-2H
p- benzochinon
hydrochinon
II.Aldehydy a ketony (oxosloučeniny)
 Společná je pro ně karbonylová skupina
R
(polární), velmi reaktivní

1

C
Aldehydy - karbonyl na primárním uhlíku
aromatické či alifatické
redukční vlastnosti
R
H
aldehyde

O
O
R C H
R C R
Ketony - karbonyl na sekundárním uhlíku
mohou být i smíšené
O
neredukují
C
R

O
1
aldehyde
aldehyd


ketone
O
R C R
keton
ketone
Přehled běžných aldehydů a ketonů
Formaldehyd
Methanal
Glyoxal
Ethandial
Acetaldehyd
Ethanal
Benzaldehyd
Propionaldehyd
Propanal
Akrylaldehyd
Propenal
Cinnamaldehyd
3-phenylpropenal
Aceton
propanon
Acetophenon
Methylphenylketon
Ethylmethylketon
Butanon
Cyclohexanon
Benzophenon
Diphenylketon
NUKLEOFILNÍ ADICE
Tvorba poloacetálů (hemiacetálů)
Reakce alkoholu s aldehydem nebo s ketonem.
 -OH skupina akoholu se váže na karbonylovou skupinu aldehydu

nebo ketonu.
polocetálový hydroxyl
Vznik poloacetalu je zejména významný u sacharidů a je příčinou
vzniku jejich cyklické struktury.

Reakce aldehydů a ketonů s aminy
R-CHNH2-COO-
pyridoxalfosfát
pyridoxalfosfát +AMK
Aldehydy a ketony reagují s primárními aminy za vzniku iminů Schiffovy báze:
•transaminace (pyridoxalfosfát)
•neenzymatické glykace při diabetu
Aldolová kondenzace
glukoneogeneze
III.Karboxylové kyseliny

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
O
CH3
H O
C
C
O H
CH3
O
Nukleofilní substituce (esterifikace)
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
Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky,
1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, 2005 - 2014
Monokarboxylové kyseliny
Vzorec
Triviální
název
kyseliny česky
Systematický
název kyseliny
- česky
CH3(CH2)16COOH
Stearová
Oktadekanová
CH3(CH2)7CH=CH- Olejová
(CH2)7COOH
CH2=CHCOOH
Akrylová
Latinský
název
kyseliny acidum
název soli
stearát
oleát
2-en 1propanová
Benzoová
COOH
Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky,
1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, 2005 - 2014
akrylát
benzoicum benzoát
Dikarboxylové kyseliny
Vzorec
Triviální
název
kyseliny česky
Systematický
Latinský
název kyseliny název
- česky
kyseliny acidum
název soli
HOOC-COOH
šťavelová
1,2-ethandiová oxalicum
oxalát
HOOC-CH2-COOH malonová
propan-1,3diová
malonicum
malonát
HOOC-(CH2)2COOH
jantarová
butan-1,5diová
succinisum
sukcinát
HOOC-(CH2)3COOH
glutarová
pentan-1,5diová
glutamicum
glutarát
maleinová
cis-but-2-en1,5-diová
maleinát
fumarová
trans-but-2-en1,5-diová
fumarát
ftalová
o-benzendiová
ftalát
COOH
HOOC
C
C
H
H
H
HOOC
C
H
C
COOH
COOH
COOH
Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, 2005 - 2014
Funkční deriváty karboxylových kyselin
OH
acylová skupina
acylhalogenid
ester
anhydrid
amid
thioester
Substituční deriváty karboxylových kyselin
Hydroxykyseliny
k. mléčná
laktát
k. jablečná
malát
k. citrónová
citrát
COOH
COOH
OH
O
C
CH3
O
k.acetylosalicylová
NH2
p-aminosalicylová
Ketokyseliny
spontánně
enolforma
ketoforma
k. pyrohroznová
pyruvát
k. oxalooctová
oxalacetát
k. a-ketoglutarová
a-ketoglutarát
Organické sloučeniny
obsahující dusík
Dusíkaté sloučeniny
Typy vazeb v dusíkatých sloučeninách:
1s2
2s2
2p3
2
Nitroderiváty: R-NO2
 Substituce vodíku nitroskupinou (NO2)
 Vznik nitrací uhlovodíků (HNO3)
 Příklad:
chloramfenikol (antibiotikum)
trinitrotoluen
CH3
Aminy: R-NH2
 Organické deriváty amoniaku
-NH2
-NH-
 bazické a nukleofilní (volný elektronový pár dusíku)
 tvoří vodíkové můstky (velká polarita)
 tvorba nitrosoaminů
-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
R'
+
N
R''
R'''
Biogenní aminy:
 dekarboxylace aminokyselin
 součástí biomolekul, neurotransmitery
Aminokyselina
Amin
Funkce
Serin
Ethanolamin
Fosfolipidy
Cystein
Thyoethanolamin Koenzym A
Threonin
Aminopropanol
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:
Adrenalin a amfetaminy:
Katecholaminy (adrenalin a noradrenalin)
 biogenní aminy s katecholovou skupinou
odvozeny od tyrozinu
 hormony (syntéza dřeň nadledvin),
neurotransmitery (sympatikus)
Amfetaminy
 účinek jako katecholaminy
 stimulační účinek (zneužívání)
Alkaloidy:
 aminy původně získané z přírodních zdrojů
 významné biologické vlastnosti
Příklady:
Atropin – blokuje acetylcholinové receptory
Kokain – stimulující účinek
Reserpin – sedativum
Efedrin – bronchodilatátor, snižuje překrvení sliznic
Opium a opiáty:
= morfinové alkaloidy
 významné látky v medicíně, návykové
 váží se na opiové receptory
Příklady:
Opium, morfin – tišení bolesti, z máku
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
- součástí vzniku močoviny a pyrimidinů
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
Kreatin
Ve svalech, přenos energie pro svalovou činnost
Kreatinin
Vzniká ve svalech neenzymaticky z kreatinu
Vylučován močí
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 transmaninace:
R-CHNH2-COO-
pyridoxalfosfát
pyridoxalfosfát +AMK
Organické sloučeniny
obsahující síru
Sirné sloučeniny
Podobné kyslíkatým sloučeninám
Thioly: R-SH (sulfhydrylová skupina)
Vlastnosti:
 Netvoří vodíkové můstky
 Silnější kyseliny než alkoholy
 Snadno oxidovatelné → disulfidy
Příklady:
Cystein
Disulfidy: R-S-S-R
Disulfidické můstky mezi cysteiny
 disulfidický můstek důsledek oxidace dvou -SH
skupin (vratná reakce)
 terciární struktura proteinů!
Glutathion
 antioxidant (odstranění volných radikálů)
Glutathione peroxidasa
Gly
Gly
Gly
+ R-O-O-H
Cys
Cys
SH
+ NADPH
Glu
Glu
S
S
Cys
Glu
Glutathione reductasa
Redukovaný
Oxidovaný
(monomer)
(dimer, disulfid)
+ H2O
Sulfidy: R-S-R
Příklad:
Methionin
S-Adenosylmethionin (SAM)
= sulfoniový ion
 reaktivní metylová skupina (metylační
agens)!
Sulfonové kyseliny: R-SO3H
Příklady:
Taurin
= derivát cysteinu
Sulfonamidy
 důležitá chemoterapeutika
sulfanilamid
Biologicky významné
heterocykly
Název
Struktura
Biologicky významné
deriváty
Furanosy (cukry)
Furan
O
Porfin (hem, vit. B12 - kobalamin)
Bilirubin
Prolin, Hydroxyprolin
Pyrrol
N
H
Tryptofan, Serotonin, Melatonin
LSD, Psilocybin
Indol
N
H
N
Imidazol
N
H
Histidin, Histamin
Biotin (vit. H)
Název
Struktura
Biologicky významné
deriváty
N
Thiazol
Thiamin (vit. B1)
Penicilin
S
Pyranosy (cukry)
Pyran
O
O
Benzopyran
Tokoferol (vit. E)
Nikotinamid (vit. B2)
Pyridoxal (vit. B6)
Pyridin
N
Název
Struktura
Biologicky významné
deriváty
Pyrimidinové báze (U,T,C)
Fenobarbital
Vit. B1
Pyrimidin
N
N
Purin
N
N
N
N
H
Pteridin
N
Purinové báze (A,G)
Hypoxanthin
Kofein
Kyselina močová
Kyselina listová (vit. B9)
N
N
Isoalloxazin
N
Riboflavin (vit. B2)
Pyrrol
Hem
 součástí hemoglobinu, myoglobinu,
cytochromů
 4 pyrolová jádra + Fe2+
 váže kyslík - přenos do tkání
Bilirubin
 degradační produkt hemu
 exkrece žlučí
Indol
Tryptofan
 aminokyselina (prekurzor syntézy
serotoninu a melatoninu)
Serotonin
 neurotransmiter (ovlivňuje náladu)
 léky zvyšující hladinu serotoninu v
mozku (léčba deprese)
Melatonin
 hormon (reguluje cyklus spánek/bdění)
 ochranný účinek na organismus
Imidazol
Histidin
 aminokyselina (prekurzor syntézy
histaminu)
Histamin
 neurotransmiter (alergická reakce vasodilatace, bronchospasmus)
 antihistaminika
Biotin (vit. H)
 v játrech, vejcích, luštěninách, ořechách, pivu
 funkce: karboxylace
CO2
Thiamin (vit. B1)
 v obilí, vepřovém masu, pivu
 nedostatek (choroba beriberi)
 funkce: např. oxidativní dekarboxylace
hydroxyalkyl
Tokoferol (vit. E)
 v cereáliích, játrech, vejcích,
slunečnicovém oleji
 funkce: antioxidant
reagující
funkční
skupina
Nikotinamid (niacin)
Pyridin
 v masu, ovoci, zelenině, pivu
 nedostatek (choroba pelagra)
NADH
 funkce: součástí NADH a NADPH
(oxidoredukční reakce)
NAD+
NH2
Pyridoxin (vit. B6)
 v masu, zelenině, obilovinách
 funkce: metabolismus aminokyselin
Pyrimidinové báze
 součást nukleových kyselin
Uracil
Thymin
(RNA)
(DNA)
Cytosin
(RNA i DNA)
Purinové báze
 součást nukleových kyselin, ATP, NADP, FAD, CoA
 degradace purinových nukledotidů → kys. močová
Adenin
Guanin
(RNA i DNA)
(RNA i DNA)
Kys. močová
ATP
Kyselina listová
 v zelené zelenině, játrech
 nedostatek (megaloblastická anémie)
 funkce: transfer C-zbytků (např. syntéza
nukleotidů)
Riboflavin
 v mléku, vejcích
 funkce: součástí FMN a FAD
(oxidoredukční reakce)
riboflavin
FAD
FADH2
Děkuji za pozornost