Skript Teil 4 (Seite 62-78)

Kapitel 10
Heterocyclen
Wichtige Heterocyclen
Substanzgruppe:
Epoxide
O
Darstellung:
Alken+Persäure
Polyethylenglycol (PEG):
O
Ethylenoxid
Oxiran
H
N
Substanzgruppe:
Episulfide
S
Thiiran
Substanzgruppe:
Aziridine
Aziridin
O
Tetrahydrofuran
THF
N
H
Pyrollidin
N
H
Piperidin
Indol
O
n
O
Furan
N
H
Pyrrol
N
Substanzgruppe:
Furane
Substanzgruppe:
Pyrrole
S
Thiophen
N
Substanzgruppe:
Piperidine
N
H
Oxazol
Pyrimidin
Thiazol
N
N
Isochinolin
N
N
N
S
O
Chinolin
N
N
N
N
H
Imidazol
Pyridin
Bestandteil von
Tryptophan
Substanzgruppe:
Thiophene
N
Purin
N
H
Bestandteil
von DNA
62
Kapitel 11
Naturstoffe
Aminosäuren


COOH
H2N
NH2
COOH
COOH


-Alanin (achiral)
-Alanin (chiral)
Chemische Eigenschaften
Aminosäuren sind meist kristalline Feststoffe und liegen als Zwitterionen vor.
Den pH-Wert, bei dem eine Aminosäure in der (nach außen ungeladenen)
zwitterionischen Form vorliegt wird Isoelektrischer Punkt (IP) genannt. Der IP
ist für jede Aminosäure charakeristisch.
R
COOH
NH3
+
-H
+H
R
COO
NH3
+
+
-H
+H
R
+
NH2
"neutral"
pH = IP
im Sauren
COO
im Basischen
Einteilung der Aminosäuren:
Chiralität:
In der Natur fast ausschließlich L-AS
Proteinogene Aminosäuren: Aminosäuren, die in Proteine eingebaut werden.
Essentielle Aminosäuren:
Aminosäuren, die mit der Nahrung aufgenommen
werden müssen (Mensch).
L-Valin, L-Leucin, L-Isoleucin, L-Phenylalanin,
L-Threonin, L-Methionin, L-Tryptophan, L-Lysin
a) AS mit unpolarem Rest:
H
H2N
COOH
L-Glycin (Gly)
H2N
CH3
COOH
L-Alanin (Ala)
H
H
H2N
COOH
L-Valin (Val)
H
H
H2N
H
COOH
L-Isoleucin (Ile)
H2N
H2N
COOH
L-Leucin (Leu)
COOH
HN
COOH
L-Phenylalanin (Phe)
L-Prolin (Pro)
63
b) AS mit polarem, nicht ionisierbarem Rest:
OH
OH
SH
H
H
H2N
H2N
COOH
L-Serin (Ser)
S
H
COOH
H
H2N
L-Threonin (Thr)
CH3
COOH
L-Cystein (Cys)
H2N
COOH
L-Methionin (Met)
OH
O
O
NH
H
H
H
H2N
COOH
H2N
L-Tryptophan (Trp)
H
H2N
COOH
COOH
L-Asparagin (Asn)
L-Tyrosin (Tyr)
NH2
NH2
H2N
COOH
L-Glutamin (Gln)
c) polare saure AS mit ionisierbarem Rest:
O
O
OH
OH
H
H
H2N
COOH
H2N
L-Asparaginsäure
(Asp)
COOH
L-Glutaminsäure
(Glu)
d) polare basische AS mit ionisierbarem Rest:
H2N
NH2
NH
NH
NH
N
H
H2N
H
COOH H2N
L-Lysin (Lys)
H
COOH H2N
L-Arginin (Arg)
COOH
L-Histidin
(His)
Peptide, Proteine
Eigenschaften, Basizität, Konformation, Bildung und Hydrolyse
Peptidbindung: Peptide sind Amide aus zwei Aminosäuren:
O
N
N
121°
1,3
2
1,5
OH
O
3
117°
H
7
1,4
O
O
N
N
N
120°
H
H
H
trans
cis
64
Die Peptidgruppe ist fast eben gebaut.
Proteine
Die Bezeichnung Protein kommt aus dem Griechischen: (proteuo) =
„ich nehme den ersten Platz ein“
Einteilung:
Skleroproteine (faserartig, Stützstrukturen, wasserunlöslich)
z.B.: Keratin (Fingernägel)
Sphäroproteine (sphärisch gebaut, wasserlöslich,
denaturierbar) z.B.: Eiklarproteine
Chemische Struktur
R1
H2N

O
R3
O
H
N
R2
N
H
O
R5
O
H
N
R4
N
H
O
R7
O
H
N
R6
N
H
COOH
-Faltblatt (antiparallel oder parallel), -Helix
Strukturen von Proteinen:
1. Primärstruktur:
Aminosäuresequenz
2. Sekundärstruktur: räumliche Anordnung der Kette (Flatblatt, Helix)
nur peptidisches Rückgrat, nicht räuml.
Anordnung der AS Seitenketten
3. Tertiärstruktur:
Gestalt des Proteins (räuml. Anordnung aller
Atome)
4. Quartärstruktur:
Aggregate aus mehreren Proteinen (Dimere,
Trimere, etc.)
65
Kohlenhydrate
Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen,
Aldosen, Ketosen,
Pyranosen, Furanosen,
Aminozucker, Anomere, Onsäuren, Uronsäuren,
Schreibweisen: Fischer, Haworth, sterische Schreibweise, Konformation
66
Hexosen
D-Allose
D-Altrose
CHO
CHO
CHO
D-Mannose
D-Glucose
H
H
OH
OH
HO
H
H
OH
H
HO
OH
H
HO
HO
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
H
H
H
OH
CH2OH
OH
CH2OH
OH
HO
O
OH
OH
OH
H
H
OH
OH
HO
H
H
OH
OH
OH
H
H
OH
OH
OH
HO
H
H
OH
OH
D-Talose
HO
HO
HO
H
H
H
OH
CH2OH
CH2OH
HO OH
HO OH OH
O
HO
O
OH
OH
H
H
H
H
OH
HO
OH
OH
CHO
OH
HO
HO
HO OH OH
O
O
OH
CHO
CH2OH
HO OH
OH OH
O
HO
HO
D-Galactose
CHO
HO
H
CH2OH
O
HO
HO
D-Idose
CHO
CH2OH
OH
OH
D-Gulose
OH
OH
CH2OH
OH
O
HO
HO
CHO
H
H
OH
OH
Furanosen
O
HO
HO
HO
Fructose
OH
HO
OH
O
OH
HO
O
OH
HO HO
HO
Ribose
Xylose
OH
O
HO
HO
OH
HO
Arabinose
67
Saccharide, Glycoside
1,4-, 1,6-Verknüpfung, Saccharose, Lactose, Maltose, Isomaltose,
Cyclodextrine, Bildung und Hydrolyse von Sacchariden
OH
Maltose
4-O-(-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose
O
HO
HO
OH
HO O
HO
O
OH
HO
OH
Cellobiose
4-O-(-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose
OH
O
HO
HO
HO
HO
Lactose (Milchzucker)
4-O-(-D-Galactopyranosyl)-D-glucopyranose
O
O
HO
OH
HO
OH
OH
O
O
O
HO
HO
HO
OH
HO
OH
Chitobiose (Chitin)
OH
O
HO
HO
AcNH
HO
O
O
HO
OH
AcNH
OH
O
HO
Melibiose
HO O
O
HO
HO
OH
HO
HO
Saccharose (Rohrzucker)
HO
OH
O
O
HO
HO O
HO
OH
OH
OH
OH
O
HO
HO O
Raffinose (Rübenzucker)
HO
HO
OH
O
HO O
O
HO
OH
OH
68
Fette und Lipide
Klassifizierung: Wachse, Sphingolipide, Terpene, Steroide
Stoffklassen
A. nicht hydrolysierbar
Langkettige Alkane, Carotinoide, Vitamine
Terpene, Steroide
Fettalkohole >C10
Fettsäuren >C10
69
70
71
Common Fatty Acids
Chemical Names and Descriptions of some Common Fatty Acids
Common Name
Carbon Double
Atoms Bonds
Scientific Name
Butyric acid
Caproic Acid
Caprylic Acid
Capric Acid
Lauric Acid
Myristic Acid
Palmitic Acid
Palmitoleic Acid
Stearic Acid
Oleic Acid
Vaccenic Acid
Linoleic Acid
Alpha-Linolenic Acid
(ALA)
Gamma-Linolenic Acid
(GLA)
4
6
8
10
12
14
16
16
18
18
18
18
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
2
butanoic acid
hexanoic acid
octanoic acid
decanoic acid
dodecanoic acid
tetradecanoic acid
hexadecanoic acid
9-hexadecenoic acid
octadecanoic acid
9-octadecenoic acid
11-octadecenoic acid
9,12-octadecadienoic acid
18
3
9,12,15-octadecatrienoic acid
18
3
6,9,12-octadecatrienoic acid
Arachidic Acid
20
0
eicosanoic acid
Gadoleic Acid
Arachidonic Acid (AA)
EPA
Behenic acid
Erucic acid
20
20
20
22
22
1
4
5
0
1
DHA
22
6
Lignoceric acid
24
0
Sources
butterfat
butterfat
coconut oil
coconut oil
coconut oil
palm kernel oil
palm oil
animal fats
animal fats
olive oil
butterfat
safflower oil
flaxseed (linseed)
oil
borage oil
peanut oil,
fish oil
9-eicosenoic acid
fish oil
5,8,11,14-eicosatetraenoic acid
liver fats
5,8,11,14,17-eicosapentaenoic acid fish oil
docosanoic acid
rapeseed oil
13-docosenoic acid
rapeseed oil
4,7,10,13,16,19-docosahexaenoic
fish oil
acid
small amounts
tetracosanoic acid
in most fats
72
B. hydrolysierbar
Fette (Fettsäure + Glycerin)
Waxe (Fettsäure + Fettalkohol)
Sterolester (Fettsäure + Cholesterin s.o.)
spermaceti: CH3(CH2)14CO2-(CH2)15CH3
beeswax: CH3(CH2)24CO2-(CH2)29CH3
carnuba wax: CH3(CH2)30CO2-(CH2)33CH3
Nucleinsäuren, Purin-, Pyrimidinbasen, Nucleoside, Nucleotide, DNA, RNA
73
74
Vitamine, Alkaloide, Hormone, Antibiotika
Vitamine
OH
Vitamin A (Retinol)
Sehpigment, Immunsystem
O
N
NH
O
NH2
N
N
CH2
N
N
S
N
OH
Vitamin B1 (Thiamin)
Vorstufe für Coenzyme
Decarboxylasen
OH
OH
Vitamin B2 (Riboflavin)
FAD für Oxidoreduktasen
OH
OH
O
O
NH2
N
Vitamin B3 (Nicotinamid)
NAD für Oxidoreductasen
N
HN
H 2N
N
N
COOH
N
H
O
N
H
Vitamin B4 (Folsäure)
C1-Gruppentransfer
COOH
75
R
HO
H2NOC
Vitamin B6
Aminosäurestoffwechsel
R = CH2OH Pyridoxol
R = CHO
Pyridoxal
R = CH2NH2 Pyridoxamin
OH
N
R
CONH2
H2NOC
N
N
CONH2
Co
OH
H2NOC
OH
O
O
HO
N
H
Vitamin B12
(Cobalamin)
Ligasen,
Transferasen
N
Vitamin C (Ascorbinsäure)
Radikalfänger
Immunsystem
O
OH
CONH2
NH
N
OH
O
O
N
P
O
O
O
Vitamin D (Calciferol)
Calziumstoffwechsel
HO
O
Vitamin E (Tocoferol)
Antioxidans
HO
HO
HO
O
O
Vitamin K (Phyllochinon)
Proteinsynthese
HO
Biotin
NH
Carboxylasen
H
H
S
COOH
NH
H
O
H H
N
CO
OH
O
Pantothensäure
Coenzym A
Antibiotika
N
O
OH
H
N
H
HO
OH
OH
OH
Cl
Cl
HO
O
Tetracycline
HN
O
O
Chloramphenicol
O
HO
HO
NH2
HO
O
HO
HO
O
H H H
S
N
R
O
O
O
O
Erythromycin
O
OMe
N
O
COOH
OH
Penicilline
Alkaloide
Wortbildung aus arabisch al qualja: „Pflanzenasche“ und griechisch -oides:
„ähnlich“) sind natürlich vorkommende, chemisch heterogene, meist basische,
stickstoffhaltige organische Verbindungen des Sekundärstoffwechsels, die auf
den tierischen oder menschlichen Organismus wirken. Über 10000
verschiedene pflanzlichen, tierische oder von Mikroorganismen produzierte
Substanzen werden dieser Stoffgruppe zugeordnet.
Einteilung nach chemischer Struktur
Die in der Literatur am häufigsten verwendete Einteilung der Alkaloide ist die
Kategorisierung entsprechend ihrer chemischen Struktur. Namensgebend ist
der Teil des Moleküls, der einen Stickstoff enthält.
76
Alkaloide mit heterocyclischem Stickstoff
Pyrrolidin-Alkaloide: z. B. Hygrin
Steroid-Alkaloide: z. B. Solanin
Pyridin-Alkaloide: z. B. Nicotin, Anabasin
Tropan-Alkaloide: z. B. Hyoscyamin, Scopolamin, Cocain
Chinolin-Alkaloide: z. B. Chinin, Chinidin
Isochinolin-Alkaloide: z. B. Morphin, Codein, Papaverin,
Berberin, Tubocurarin
Indol-Alkaloide: z. B. Ajmalin, Ergotamin, Yohimbin, Reserpin,
Strychnin
Purin-Alkaloide: z. B. Coffein, Theophyllin, Theobromin
Alkaloide mit acyclischem Stickstoff: z. B. Ephedrin, Mescalin
Solanin
Nikotin
Anabasin
Cocain
Morphin
Chinin
Papaverin
77
Yohimbin
Strychnin
Vincristin
78