CHEMIE FÜR MEDIZINER: CHEMIE FÜR MEDIZINER:

CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
3. ISOMERIE ORGANISCHER VERBINDUNGEN
3.1 Konstitution, Konfiguration, Konformation
3.2 Stereoisomerie
3.2.1 Diastereomere
3.2.2 Enantiomere
4. BIOCHEMISCH WICHTIGE STOFFKLASSEN
4.1 Aminosäuren und Peptide
4.1.1 Aminosäuren
4.1.2 Peptide
4.2 Kohlenhydrate (Saccharide)
4.2.1 Monosaccharide
4.2.2 Disaccharide
4.2.3 Oligo- und Polysaccharide
4.3 Nucleotide und Derivate, Nucleinsäuren
4.3.1 Nucleotide
4.3.2 Nucleotidderivate
4.3.3 Nucleinsäuren
4.4 Lipide
4.4.1 Speicherlipide
4.4.2 Membranlipide
4.4.3 Lipide mit speziellen biologischen Aktivitäten
4.4.4 Eigenschaften
5. BIOMATERIALIEN
5.1 Metalle
5.2 Keramische Materialien
5.3 Polymere (soft matter)
5.4 Anwendungen
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1
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
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Bindungsverhältnisse beim C-Atom
sp3-Hybrid
sp2-Hybrid
sp-Hybrid
C
Alkane
Alkene, C = O ,
Aromaten
C=N ,
Alkine,
C
N
nach Wachter/Hausen Chemie für Mediziner (6. Aufl.), S.58-60
1. Grundstrukturen
1.1 Bindungsverhältnisse beim C-Atom
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CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
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Reaktionstypen in der organischen Chemie
Substitution (S):
Addition (A):
Eliminierung (E):
Umlagerung:
1. Grundstrukturen
1.2 Reaktionstypen
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3
Redoxreaktionen: Oxidationszahlen von C-Atomen
Krieg: Chemie für Mediziner (5. Auflage) S. 172
Beispiel:
H3C
1. Grundstrukturen
1.2 Reaktionstypen
-3
CH3

H3C
-1
CH2
+1
OH

H3C
C
O
H

H3C
+3
CO2H
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Reaktionsmechanismen
Einteilung nach angreifenden Agenzien:
 Nukleophil(N): e-Paardonatoren (Lewis-Base), e-Überschuß (freies e-Paar):
z.B. HOΘ, XΘ, H2O, R-OH, R3N , R2S, R-S-H, HΘ, CΘ
 Elektrophil(E): e-Paarakzeptoren (Lewis-Säure), e--Lücke:
⊕
z.B. H⊕, -NH3⊕, Br⊕, I⊕, AlCl3, Ag⊕, Hg2+, Mg2+, C⊕, O=N=O, O=C=O, C=O
 Radikal(R): ungepaarte Elektronen: z.B. Cl⊙, RO⊙, ⊙O-O⊙ (O2),⊙N=O (NO)
Beispiel:
SN 2  Nukleophile Substitution mit Molekularität 2
(Reaktionsordnung des geschwindigkeitsbestimmenden Schritts)
1. Grundstrukturen
1.2 Reaktionstypen
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4
Substituenteneffekte
Induktive Effekte (+I, -I; durch unterschiedliche Elektronegativität
bestimmen das Reaktionsverhalten wesentlich.
Su
Su
C
e-ziehend: -I
elektronegativer als C
1. Grundstrukturen
1.2 Reaktionstypen
C
C
C
e-spendend: +I
etwas elektropositiver als C
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Grundstrukturen in der Organischen Chemie
offenkettige
offenkettige Verbindungen
Verbindungen (Aliphaten)
(Aliphaten)
Kapitel
Kapitel 1.3
1.3
cyclische
cyclische Verbindungen
Verbindungen
Heterocyclen
Heterocyclen
(Kapitel
(Kapitel 1.6)
1.6)
Carbocyclen
Carbocyclen
Alicyclen
Alicyclen
(Kapitel
(Kapitel 1.4)
1.4)
1. Grundstrukturen
1.2 Reaktionstypen
Aromaten
Aromaten
(Kapitel
(Kapitel 1.5)
1.5)
nicht
nicht aromatische
aromatische
Aromaten
Aromaten
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5
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
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Alkane (Paraffine): CnH2n+2
bei RT fest
bei RT flüssig
Endung –an; Reste (R): Endung -yl
Alkane sind apolare/hydrophobe/lipophile Moleküle (lösen sich in anderen apolaren Lösungsmitteln,
aber nicht in Wasser); Sdp. und Smp. nehmen innerhalb der homologen Reihe zu (Grund: von der Waals-Kräfte)
Latscha/Klein: Chemie für Mediziner (7. Auflage) S. 237
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
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Nomenklatur der Alkane
offizielle Richtlinien der IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)
1. längste Kette ermitteln
2. Numerierung: erste Verzweigungsstelle mit möglichst kleiner Nummer
3. Substituenten in alphabetischer Reihenfolge angeben!
Beispiel:
prim. C
tert. C
sek. C
quart. C
6-Ethyl-2,2,4-trimethyl-4-propyl-octan
Wachter/Hausen: Chemie für Mediziner (7. Auflage), S. 265
"primäres C-Atom" etc.: gibt Zahl der benachbarten C-Atome an
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
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Konstitutions- und Konformationsisomere
Konstitutionsisomere (Strukturisomere): gleiche Summen-, verschiedene Strukturformel
C–C–C–C
n-Butan (normal) unverzweigt
C–C–C
i-Butan (iso: sek. C)
(2-Methyl-propan)
C
Konformationsisomere (Konformere): Rotationen um C-C-Bindungen berücksichtigt
Unterschied im Energiegehalt durch sterische Effekte
ekliptisch bzw. gestaffelt:  = 12 kJ/mol
 bei RT nicht trennbar!
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
7
Konformationsisomere (Konformere)
Zeeck et al.: Chemie für Mediziner (5. Auflage) S. 164
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Konformere: gestaffelt/ekliptisch
ΔE = 3 kJ/mol
ΔE = 18 kJ/mol
gestreckte Anordnung bei längeren Ketten:
Zeeck et al.: Chemie für Mediziner (5. Auflage) S. 165
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
8
Buchhandlung
Hennies und Zinkeisen
Halberstädter Str. 112
Tel.: (0391) 62 25 702
Chemische Eigenschaften der Alkane (1)
• wenig reaktionsfähig (parum affinis)
+2
½O2
-4
CO + 2H2 + Wärme
ΔH° = -36 kJ.mol-1
• Verbrennung: CH4
CO + 2H2O + Wärme ΔH° = -804 kJ.mol-1
+4 2
2O2
medizinisch wichtig
Verbrennung von Fetten (Fettsäureabbau durch ß-Oxidation)
Bsp.:
Palmitinsäure + 23 O2 → 16 CO2 + 16 H2O
(C15H31- CO2H)
G°' = -9790 [kJ.mol-1] stark exergone Reaktion!
Energie wird in gekoppelter Reaktion genutzt, um 129 Mole ATP zu erzeugen
(Pi + ADP → ATP: G°' = + 30,5 kJ.mol-1; endergone Reaktion):
Wirkungsgrad =
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
129 x 30,5
9790
x 100 = 40,2%
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9
Chemische Eigenschaften der Alkane (2)
Br
• Halogenierung: Lösungsmittel
med. wichtig Narkotika (C2H5Cl, F3C-CH/Halothan, CHCl3)
Cl
hν
R – H + Cl2  CH3Cl Methylchlorid
Cl
CH2Cl2 Dichlormethan
CHCl3 Chloroform
CCl4 Tetrachlorkohlenstoff
CF2Cl2 Frigen (Treibgas): FCKW
DDT (Dichlor-diphenyl-trichlorethan) Cl
CH – CCl3
DDT
• Autooxidation (z.B. von Fetten): R – H + ʘO–Oʘ  R–O–O–H  ROʘ + ʘOH
Hydroperoxid
• Sulfochlorierung: R–H + SO2Cl2
Sulfurylchlorid
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
hν
H2O
R–SO3H + HCl
Sulfonsäure: Salze
dienen als Detergenzien
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Radikalische Substitution
R-H + Cl2
h
R-Cl + HCl
Cl2  2 Clʘ (homolytische Spaltung durch Photoreaktion/< 4000 Å)
R – H + Clʘ  Rʘ + HCl
Rʘ + Cl2  R – Cl + Clʘ
Rekombination von zwei Radikalen
Kettenstart:
Kettenfortpflanzung:
Kettenabbruch:
Stabilität der Radikale: beeinflußt die Bildung der Produkte
C
C
C Cʘ
>
C Cʘ
>
C Cʘ
C
tertiär 4,4
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
sekundär 3,3
primär 1,0
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10
Biochemisch wichtig
Oxidativer Stress durch Radikale
Viele biologisch aktive reaktive Sauerstoffspezies (ROS) sind Radikale:
ʘO - Oʘ
Sauerstoff (O2)
u.a. Reaktion mit Semichinon-Radikalen zu O2- ʘ
O2- ʘ
Superoxid-Radikal
bei vielen Autooxidationsreaktionen (z.B. Bildung in
Granulozyten durch NADPH-Oxidase: bakterizid)
HO2ʘ
Perhydroxyl-Radikal
Protonierte Form von O2- ʘ
HOʘ
Hydroxyl-Radikal
z.B. bei Radiolyse bei Wasser
ROʘ
R-Oxyl-Radikal
z.B. als Alkoxylradikal bei Lipidoxidation gebildet
ROOʘ
R-Dioxyl-Radikal
z.B. als Alkyldioxylradikal bei Lipidoxidatiom gebildet
Radikale schädigen u.a. DNA, Proteine (Met, His, Trp, Cys), Membranlipide und Hyaluronsäure.
Schutz vor oxidativen Schäden u.a. durch Antioxidantien (z.T. Radikalfänger):
z.B.: -Tocopherol (Vit. E)
ß-Carotin (Provit. A)
Ascorbat (Vit. C)
Glutathion (Glu-Cys-Gly)
Harnsäure
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane
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CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
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11
Alkene (Olefine)
Endung –en; ungesättigte Kohlenwasserstoffe; sp2-Hybride
• geometrische (cis-trans) Isomerie: Konfigurationsisomerie
keine freie Drehbarkeit der C=C-Bindung
R1
R2
R1
R1
R1
R2
R2
Substitutenten mit der höchsten Priorität jeweils
E(ntgegen) / (trans)
jeweils Prioritäten der Substituenten
bestimmt (R1 > R2) entsprechend
den Prioritätsregeln nach
CAHN-INGOLD-PRELOG
(siehe Kapitel 3)
R2
Z(usammen) / (cis)
energieärmer
Biochemisch wichtige Beispiele
chemisch unterschiedliches Verhalten!
Fumarat, ungesättigte Fettsäuren, Retinal
• Nomenklatur: Numerierung so, dass das Kohlenstoffatom, das vor der
Doppelbindung (Δ) steht, eine möglichst niedrige Ziffer erhält
isolierte Δ:
1.54 Å
kumulierte Δ: C = C = C - C
1.46 Å
konjugierte Δ: C = C - C = C
haben niedrigere Energie, sind stabiler
(z.B. kleinere Hydrierungsenthalpien,
kleinere Bindungslängen der Einfachbindung)
 ungewöhnliche chemische Eigenschaften
Beispiel:
5
3
2
4
Z-2-Penten
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
1
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Biochemisch wichtige Konfigurationsisomere
CO2H
• Citratcyclus: nur Fumarat (
CO2H
• in
) von Fumarase erkannt, aber nicht Maleat ( CO H
2
CO2H
)
ungesättigten Fettsäuren:  in cis-Konfiguration
• Licht-induzierte
Isomerisierung von 11-cis-Retinal:
Isomerisierung führt zu
Konformationsänderung von Rhodopsin
11-cis-Retinal
(7TM-Rezeptorfamilie)
all-trans-Retinal
Löffler, Petrides:
Biochemie und Pathobiochemie (5. Auflage) S. 654
(heterotrimeres
G-Protein)
Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemstry (6th ed, 2006) Freeman & Co, p. 934
• Retinoide als Transkriptionsfaktoren:
Bindung von all-trans-Retinoat bzw. 9-cis-Retinoat an unterschiedliche Retinoat-Rezeptoren (RAR bzw. RXR)
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12
Isopren (C5H8):
Biochemisch wichtig
Derivat des 1,3-Butadiens: C=C–C=C
Baustein in vielen Naturstoffen, z.B. in Harzen, ätherischen Ölen, Steroiden etc.
Terpene/Polyprene
Beispiele
Monoterpene (C10)
Geraniol (Rosenöl)
Sesquiterpene (C15)
Farnesol (Kamillenblüten)
Diterpene (C20)
Phytol (Chlorophyll)
Triterpene (C30)
Squalen-Steroide
Tetraterpene (C40)
Carotinoide (Vit A1, lipophile Farbstoffe)
hochmolekulare Polyprene
Kautschuk, Guttapercha
cyclische Terpene
Menthol, Campher, Pinen (Terpentinöl)
Guttapercha: trans-Polyisopren
C
A
D
B
Squalen
Kautschuk: cis-Polyisopren
Vorstufe für Steroide
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 171
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
ß-Carotin (C40H56)
nur in Pflanzen synthetisiert: Provitamin A
11 konjugierte Δ (orange)
Löffler/Petrides: Chemie und Pathobiochemie (5.Aufl.) S. 652
enzymatische Umwandlung in all-trans-Retinol (Vitamin A) in Enterozyten
Speicherung von Vit A in den Ito-Zellen der Leber
Bedeutung von Vit A: Sehvorgang (Retinol)
Regulation der Genexpression (Retinol, Retinoate)
z. B. während Embryogenese und Differenzierungsvorgängen
(u.a. Haut und Mukosen)
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
13
Elektrophile Addition
• typisch für Alkene: z.B. trans-Addition von Wasser im Sauren (H+ als Katalysator)
langsam
Die Stabilität von Carbeniumionen
beeinflusst die Bildung der Produkte:
Elektrophil
Markownikoff

C
C
schnell

sek. Carbeniumion
Biochemisch wichtig
Fumarat + H2O
(Citratcyclus)
C⊕
C
>
C C⊕
>
C C⊕
C
trans-Addition
tertiär
sekundär
primär
Malat
Regel von Markownikoff:
Angriff des Elektrophils (X, H)
erfolgt am H-reicheren C-Atom (da
hier das stabilere Carbeniumion
entsteht).
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Beispiele für elektrophile Additionen an Alkene
(z.B. Fetthärtung)
(z.B. Nachweis von Alkenen)
(z.B. Fumarat  Malat)
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 177
Umkehrung: Bildung von Alkenen durch Eliminierung
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
14
Oxidation von Alkenen
Baeyer-Probe (cis-Addition): zum Nachweis von Alkenen
violett
violett
Mangansäureester
nach Beyer: Lehrbuch der organischen Chemie (17. Aufl.), S. 71
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Epoxidierung von Alkenen
½ O2
Epoxid (sehr reaktiv)
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 195
biochemisch wichtig
toxikologisch wichtig
O2
Biosynthese von Cholesterin via Squalen-2,3-epoxid
Lehninger, Nelson, Cox: Prinzipien der Biochemie (2.Aufl.) S. 773
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
Benzpyren (Karzinogen)
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 195
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
15
Polymerisation von Alkenen
Verknüpfung von Monomeren, ohne Austritt von Spaltprodukten, radikalisch oder
ionisch (je nach Bedingung), meist Kopf-Schwanz-Polymerisation ()
n CH2 = CH
Vinylgruppe
(-CH2 - CH-)n
Y
Y
Monomer
Y=H
Polymer
Ethen ("Ethylen")
UHMWPE (Prothesen), Polyethylen (Hostalen)
Y = CH3
Propen ("Propylen")
Polypropylen (Implantate)
Y = Cl
Vinylchlorid
PVC (künstliche Blutgefäße)
Y = CN
Acrylnitril
PAN, Dralon
Y=ɸ
Styrol
Styropor
CF2=CF2
Tetrafluorethen ("Tetrafluorethylen")
PTFE, Teflon, Gore-Tex (Implantate)
H2C=C-CH3
Methacrylsäuremethylester
CO2CH3
H2C=C-CH3
2-Hydroxyethylmethacrylat
CO2-(CH2)2-OH
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
PMMA (Knochenzement)
Plexiglas
PolyHEMA (Kontaktlinsen)
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Addition an konjugierte Diene
normale C-C: 154 nm
Br2
[
1,3-Butadien


Mesomerie
]
Br
Θ
Vollhardt & Shore: organische Chemie (5.Aufl.) S. 668
Unterschied zu isolierten Doppelbindungen:
das konjugierte System verhält sich wie eine delokalisierte Δ
thermodynamisch stabiler!
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 181
weiteres Beispiel:
1.3 offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.2 Alkene
n Isopren  Kautschuk
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16
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Alkine
HC ≡ CH
Ethin (Acetylen): thermodynamisch instabil
acides H
2 Na
H2O
⊝
⊝
Na⊕ |C ≡ C| Na⊕
Na - Acetylid
H2C = CH - OH
Vinyl - alkohol
(Ethenyl - alkohol)
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
17
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Cycloalkane
Cyclopropan
Cyclobutan
Cyclopentan
Cyclohexan
Latscha/Klein: Chemie für Mediziner (7.Aufl.) S. 246 Henning/Jugelt/Sauer: Praktische Chemie (5.Aufl.) S. 167
wenn Abweichung vom Tetraederwinkel: Ringspannung
(deshalb sind und ⃞ besonders reaktiv)
Cyclopentan und Cyclohexan sind nicht planar gebaut:
verschiedene Konformere möglich
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
18
Konformere des Cyclohexans
Sesselform
Wannenform
Sesselform
Newman-Projektion
Wannenform
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 156
Sesselform ist stabiler als Wannenform: ΔG° = 29 kJ/mol
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Monosubstituierte Cyclohexanderivate:
2 Sesselkonformere
Umklappen erfolgt durch Drehung
um C-C-Einfachbindung: Konformere (ae, ea)
Umklappen
Sesselform 1
Sesselform 2
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 157
axial
equatorial
Sterische Hinderung: e stabiler als a (X = CH3: ΔG° = +7.1 kJ/mol; bei RT nicht trennbar)
Krieg: Chemie für Mediziner S. 191
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
19
1,2-Disubstituierte Cyclohexanderivate
Konfigurationsisomere
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 157
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
20
Cycloalkene
Cyclopenten
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.2 Cycloalkene
Cyclohexen
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
21
Decalin (Decahydronaphthalin)
e
e
He
e
a
stabiler, da Ringe e,e-verknüpft
Ringe e,a-verknüpft
Konfigurationsisomere: ΔG° = 8,4 kJ/mol
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 158
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
α: aus Zeichenebene nach unten
ß: aus Zeichenebene nach oben
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Steroide
Medizinisch wichtig
Steran (Gonan-) Grundgerüst
Einteilung der Steroide
Sterine (Sterole): Cholesterol (Lipid)
13 17
10
3
Gallensäuren: Cholsäure, Chenodesoxycholsäure
Steroidhormone:
hydrophob → regulieren Genexpression (über DNAbindende Rezeptoren, z.B. Zinkfingerproteine)
Nebennierenrindenhormone
Glucocorticoide: Cortisol
Mineralcorticoide: Aldosteron
Androgene
Sexualhormone
Östrogene: Östradiol (Ring A aromatisch)
Gestagene: Progesteron
Androgene: Testosteron
D-Vitamine (D-Hormone): Steroidderivate
wichtige Positionen für
Substituenten: 3, 10, 13, 17
Nor-: Verlust eines C-Atoms in
der Seitenkette (z.B. 19-Nor-)
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
(lichtinduzierte Spaltung von Ring B)
Vitamin D2 (Ergocalciferol)
Vitamin D3 (Cholecalciferol)
Gifte: Herzglykoside, Sapogenine, Steroidalkaloide
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
22
Steroide: Konfigurationsisomerie
Verknüpfung der Ringe A und B: selten cis
5ß
Verknüpfung der Ringe A und B: meist trans
B/C und C/D trans
5α
A/B trans Cholestanol
(thermodynamisch stabiler) B/C und C/D trans
A/B cis
Koprostanol
ß
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
selten
Cholestanol
α
normal
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Cholesterol (Cholesterin)
Δ5 – Cholesten – 3 – ol (ß)
• C27H46O
Erkrankungen
• Vorstufe für Gallensäuren und Steroidhormone
• Bestandteil von Zellmembranen und Myelinscheiden
• über Nahrung aufgenommen (z.B. Eigelb)
• Hypercholesterinämie
(z.B. durch Muation im
LDL-Rezeptor)
• Therapie: Diät,
Cholesterinbiosynthesehemmer (Statine)
• Cholesterin zirkuliert im Blut
 Transport durch LDL und HDL
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
23
Gallensäuren
amphipathische Strukturen: Micellenbildung, Lipidresorption im Duodenum, Lösungsvermittler für Cholesterin
Θ
nach Löffler/Petrides: Chemie und Pathobiochemie (5.Aufl.) S. 1002
Θ
Konjugation mit
Taurin
Glycin
Θ
Θ
Gallensäuren: 90% wieder im Ileum resorbiert (enterohepatischer Kreislauf)
ca. 10% über Faeces ausgeschieden (einziger Weg zur Ausscheidung von Cholesterin)
medizinisch wichtig Bei Hypercholesterinämie: Bindung von Gallensäuren an nicht resorbierbares
Ionenaustauscherharz: Cholestyramin → Gallensäuren vermehrt ausgeschieden: Cholesterinspiegel ↓
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
24
Grenzstrukturen von Benzol (Benzen)
Stabilisierung delokalisierter π–Systeme durch Mesomerie/Resonanz
(Mesomerie: Verschiebung von Elektronen)
Kekulé-Strukturen
Latscha/Klein: Chemie für Mediziner (7.Aufl.) S. 269
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Stabilität von Aromaten
Hydrierungsenthalpien
H2
ΔH = -120 kJ/mol
H2
ΔH = -120 kJ/mol
2 H2
ΔH = -232 kJ/mol (theoret. -240)
3 H2
ΔH = -208 kJ/mol (theoret. -360)
Δ = -150 kJ/mol
Stabilisierungsenergie
energieärmer als erwartet!
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
25
Aromatische Systeme
Benzol:
C-C: 139 pm
C=C: 133 pm
C-C: 154 pm
Zyklische KW, besonders stabil, konjugierte Doppelbindungen,
planar gebaut, alle C-C-Bindungen gleichwertig (sp2-hybridisiert)
Hückel'sche Regel: (4n + 2) π-Elektronen  delokalisiertes π-System
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Hückel'sche Regel
aromatisch, wenn die Zahl der konjugierten π-Elektronen = 4n + 2
Beispiel: n = 1: 6 π-Elektronen
n = 2: 10 π-Elektronen
n = 3: 14 π-Elektronen
Frage: Ist Cyclooctatetraen aromatisch?
(zyklisch und enthält 4 konjugierte π-Bindungen, d. h. 8 π-Elektronen)
nicht aromatisch (da 8 π-Elektronen nicht konform mit Hückel'scher Regel)
nicht planar gebaut
Nicht alle zyklischen KW mit durchgehend konjugierten Doppelbindungen sind aromatisch,
sondern nur diejenigen, die die Hückel'sche Regel erfüllen!
Die Hückel'sche Regel gilt nicht für kondensierte Ringsysteme.
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
26
Typisch für Aromaten: elektrophile Substitution
Keine elektrophile Addition wie bei den Alkenen, da Verlust des energetisch günstigen Systems!
Br
+ HBr
Substitution
+ Br2
Br
Addition
Br
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Beispiele für elektrophile aromatische Substitutionen
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 173
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
27
Elektrophile aromatische Substitution: SE
mesomeriestabilisierter ϭ–Komplex
(nachweisbare Zwischenstufe): Carbeniumion (C⊕)
Lewis-Säure
Θ
als Katalysator -Br
Br2
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 188
Medizinisch wichtiges Beispiel
Iodierung von Tyrosylresten in Thyreoglobulin: Bildung von T3 und T4 durch
Thyreoperoxidase (enthält Fe3+ als Lewis-Säure: I2 → I- + I+)
-1
Bildung von I2: H2O2 + 2 H+ + 2I-
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
-2
0
2 H2O + I2
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Mehrfachsubstitutionen
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 173
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
28
Nomenklatur: Aryl- bzw. Alkylreste
Φ≡
(Arylrest)
(Alkylrest)
(Arylrest)
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 187
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und seine Derivate
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
29
Kondensierte (anellierte, mehrkernige) Ringsysteme
8
7
6
5
9
10
1
7
3
6
2
3
5
4
1
9
8
2
10
4
10
1
Naphthalin
6
5
7
4
8
3
9
2
1
3
8
4
7
10
6
1
12
2
11
2
9
10
3
9
4
8
5
7
6
5
Wachter/Hausen: Chemie für Mediziner (7. Auflage), S. 290
1.5 Aromaten
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
30
Einführung von Heteroatomen bedingt Reaktivität
C
C
N
S
C
C
C
C
C
C
C
C
C
Se
O
unterschiedliche Elektronegativitäten: H < Se < C = S < N < O
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
1.6 Heterocyclen
Häm, Cytochrome, Vit B12, Chlorophyll
Nicotinsäure, NAD⊕, Vit B6
Histidin
Nucleinsäuren
Vit B1 (Thiamin)
Häm, Cytochrome
1.6 Heterocyclen
Biochemisch
wichtige Heterocyclen
(aromatische Systeme)
Heteroatome: N, S
Tryptophan
Nucleinsäuren und
Nucleotidderivate,
Harnsäure, Coffein
Isoalloxazin
Vit B2 (Riboflavin), FMN, FAD
Folsäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
31
Heterocycloaliphaten
(Pyrrolidin)
Prolin
nach Krieg: Chemie für Mediziner (5. Aufl.), S. 203
Eigenschaften sind vergleichbar mit analogen offenkettigen Verbindungen,
d.h. mit Ethern bzw. sek. Aminen.
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
1.6 Heterocyclen
Basizität von N-Heterocyclen
Imidazol
Pyrrol, Indol und Porphin
wirken als schwache Säuren!
X
Pyrrol
Θ
Pyridin
Pyrimidin
Krieg: Chemie für Mediziner (5. Aufl.), S. 203
1.6 Heterocyclen
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
32
Pyrrol
Biochemisch wichtige Derivate:
Chlorophyll, Cytochrome, Häm; Cyanocobalamin (Vit B12) (Vorstufe: Uroporphyrinogen)
durch Hydrierung: Tetrahydropyrrol (Pyrrolidin): Prolin
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 300
1.6 Heterocyclen
1.6.1 Pyrrol
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 302
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Indol
Biochemisch/pharmakologisch wichtige Derivate:
Tryptophan, Strychnin, LSD
hydrophobe WW
(Alkaloid der Brechnuss)
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 341
1.6 Heterocyclen
1.6.2 Indol
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
33
Imidazol
Biochemisch wichtiges Derivat:
Histidin
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 302
1.6 Heterocyclen
1.6.3 Imidazol
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Thiazol
Biochemisch/medizinisch wichtige Derivate:
Thiamin (Vit B1): Coenzym bei Decarboxylierungen
Vorkommen:
Getreide, Leber, Herz, Nieren
(meist als Thiaminpyrophosphat)
Penicillin
Thiamin
Thiazol
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 310
Zeeck: Chemie für Mediziner (7.Aufl.) S. 385
R
nach Deprotonierung entsteht Carbanion: I
1.6 Heterocyclen
1.6.4 Thiazol
R
R
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
34
Thiophan
Biochemisch/medizinisch wichtige Derivate:
Carboxylierung
1.6 Heterocyclen
1.6.5 Thiophan
nach Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie (5.Aufl.) S. 670
Biotin: Coenzym für Carboxylierungen (z.B. Acetyl-CoA-Carboxylase)
Vorkommen: Leber, Nieren, Eigelb, Hefe
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Pyridin
Biochemisch wichtige Derivate:
Nicotinsäure (Niacin), Nicotinsäureamid (Niacinamid)
Umwandlung zu NAD⊕ und NADP⊕ : Coenzym für Redoxreaktionen (z.B. Dehydrogenasen)
Vorkommen: Hefe, Fleisch, Leber
(Niacin)
Hydridübertragung
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 303
1.6 Heterocyclen
1.6.6 Pyridin
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 340
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
35
Pyridin
Biochemisch wichtige Derivate:
Pyridoxin (Vit B6-Gruppe): Coenzym für Transaminasen und Decarboxylasen
Vorkommen: Hefe, Weizen, Mais, Leber
Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie (5.Aufl.) S. 668
1.6 Heterocyclen
1.6.6 Pyridin
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Pyrimidin
Biochemisch/pharmakologisch wichtige Derivate:
Nucleinsäuren, Barbitursäure
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 340
γ
ß
α
Tautomerie
δ
Barbitursäure
δ-Lactam
(cycl. Amid)
(Lactimform)
Veronal
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 303
1.6 Heterocyclen
1.6.7 Pyrimidin
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
36
Purin
Biochemisch wichtige Derivate:
Nucleinsäure, Coffein, Harnsäure
GTP: Energielieferant
ATP (Energielieferant),
NAD⊕ (Übertragung von HΘ),
CoA (Übertragung von Acylgruppen),
PAPS (Übertragung von Sulfatgruppen),
cAMP (Signaltransduktion),
SAM (Übertragung von Methylgruppen)
Purinabbau
10% der Harnsteine (Uratsteine)
Gicht (Hyperuricämie)
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 341
1.6 Heterocyclen
1.6.8 Purin
Zeeck: Chemie für Mediziner (3. Aufl.) S. 237
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Pteridin
Biochemisch wichtige Derivate:
Folsäure (Coenzym bei C1-Übertragung)
Vorkommen: Leber, Nieren, Hefe, dunkelgrünes Blattgemüse
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 346
1.6 Heterocyclen
1.6.9 Pteridin
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
37
Isoalloxazin
Biochemisch wichtige Derivate:
H-Übertragung
gelb
1.6 Heterocyclen
1.6.10 Isoalloxazin
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 345
Riboflavin (Vit B2) Bestandteil der Coenzyme FMN und FAD
(H-Übertragungen; z.B. Dehydrogenasen)
biologisch aktive Form: Riboflavinphosphat
Vorkommen: Milch, Leber, Nieren, Herz, Weizenkeime
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
38
Alkohole: -OH
Endung -ol
C
C C OH
primär
C
C C OH
C C OH
C
sekundär
tertiär
nach Krieg: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 214
2. Funktionelle Gruppen
2.1 Alkohole
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Alkohole: physikalische Eigenschaften
Ausbildung von H-Brücken: Siedepunkt wesentlich höher als bei den homologen Alkanen.
Dichte (bis C10) geringer als Wasser
Löslichkeit in Wasser:
abhängig von der Länge des hydrophoben Restes (R)
R - OH
hydrophob
(lipophil)
δ+
hydrophil
H-Brücke
δ-
Krieg: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 215
2. Funktionelle Gruppen
2.1 Alkohole
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
39
Alkohole: amphoterer Charakter
vergleichbar mit Wasser
Alkohole als Basen
Alkohole als Säuren
(Ks = 1016)
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 200
2. Funktionelle Gruppen
2.1 Alkohole
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Oxidation von Alkoholen
-1
+1
+ H2O
- 2H
+3
(Alkohol dehydriert)
0
+2
+1
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 189
2. Funktionelle Gruppen
2.1 Alkohole
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
40
Oxidation von Alkoholen
Beispiel
Dehydrierung von i-Propanol zu Aceton
0
+2
Ox
CH3-CH-CH3
CH3-CO-CH3 + 2 H+ + 2 e- |  3
OH
+6
Red
Cr2O2-7 + 6 e- + 14 H+
3 CH3-CHOH-CH3 + Cr2yO2-7 + 8 H+
Beispiel
2 Cr3+ + 7 H2O
3 CH3-CO-CH3 + 2 Cr3+ + 7 H2O
früherer Nachweis in „Alkotest“-Röhrchen
3 C2H5-OH + K2Cr2O7 + 4 H2SO4
3 CH3-CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7 H2O
orange
2. Funktionelle Gruppen
2.1 Alkohole
blaugrün
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Oxidation von Alkoholen
Beispiel
Oxidation von Ethanol durch ADH (NAD als Kofaktor)
-1
CH3-CH2-OH
-1
+1
-3

N
CO-NH2
0
+1
CH3-CO-H + 2 H+ + 2 eH H
+2
H+
+2
e-
Red
-2
0 N
-3
R
CH3-CH2-OH + NAD+
2. Funktionelle Gruppen
2.1 Alkohole
Ox
ADH
CO-NH2
0
R
CH3-CO-H + NADH/H+
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
41
Wasserabspaltung bei Alkoholen
intramolekular
intermolekular
Krieg: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 217
2. Funktionelle Gruppen
2.1 Alkohole
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Biochemisch wichtige
Alkohole
Methanol:
CH3-OH
toxisch  Blindheit
(Formaldehyd  Ameisensäure: metabolische Acidose
 Schädigung des Sehnerven)
Ethanol:
CH3-CH2-OH
in geringen Menge genießbar,
alkoholische Gärung: C6H12O6  2 EtOH + 2 CO2
"vergällen" (Spiritus): ungenießbar durch
Zugabe von Py, KW etc.
Ethylenglykol: HO-CH2-CH2-OH
unerlaubte Süssung von Wein,
Frostschutz ( Oxidation zu Oxalat: Harnsperre)
Glycerol (Glycerin): HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH
Bestandteil von Lipiden
Cholesterol (Cholesterin): Cholesten-3-ol, Membranbestandteil
2. Funktionelle Gruppen
2.1 Alkohole
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
42
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Phenole, Hydrochinone: Ar-OH
aromatische Alkohole (direkt an Benzolkern gebunden)
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 204
2. Funktionelle Gruppen
2.2 Phenole, Chinone
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
43
Mesomerie-Stabilisierung des Phenols
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 202
+M-Effekt (e-Schub bezüglich aromat. Ring):
erleichterte elektrophile aromat. Substitution (in o- und p-Stellung) im Vergleich zu Benzol
2. Funktionelle Gruppen
2.2 Phenole, Chinone
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Mesomerie des Phenolat-Ions
nach Krieg: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 220
 Phenole reagieren deshalb saurer als Alkohole (pKs (Phenol) = 10; pKs (Alkohol) = 16).
 Elektrophile aromatische Substitutionen in o- und p-Stellung begünstigt.
2. Funktionelle Gruppen
2.2 Phenole, Chinone
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
44
Chinone
entstehen nach Oxidation von Dihydroxyaromaten (o- bzw. p-substituiert)
Ox
Hydrochinon
Chinon
1:1-Additionsverbindung:
Chinhydron (korrespondierendes Redoxpaar)
Das Redoxpotential dieses Redoxpaares ist pH-abhängig (Chinhydronelektrode):
(Nernst'sche Gleichung)
nach Krieg: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 220
wichtige Chinone:
Chinoide Systeme
(konjugierte Δ)
nach Krieg: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 219
2. Funktionelle Gruppen
2.2 Phenole, Chinone
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Biochemisch wichtige
Dopamin
Adrenalin
Phenole und Chinone (1)
Tyrosin
Vitamin K2 (Phyllochinone)
Kofaktoren bei Carboxylierungen
(z.B. Faktor VII)
nach Krieg: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 221
2. Funktionelle Gruppen
2.2 Phenole, Chinone
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
45
Biochemisch wichtige
Phenole und Chinone (2)
n=6-10
Ubichinon (CoQ) H-Akzeptor in der Atmungskette
Ubichinol (CoQH2)
nach Lehninger/Nelson/Cox:: Prinzipien der Biochemie (2.Aufl.) S. 631
Vitamin E (Tocopherole)
HO
α-Tocopherol + H2O ⇌ Tocochinon + 2H + 2e(via α-Tocopherolhydrochinon)
Radikalfänger
ROOʘ + Tocopherol-OH → ROOH + Tocopherol-Oʘ
-Tocopherol
nach Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie (5.Aufl.) S. 660
2. Funktionelle Gruppen
2.2 Phenole, Chinone
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Pflanzliche Phenole und Chinone
relativ häufig; z.B. Gerb-, Farb- und Geruchsstoffe
nach Latscha/Klein: Chemie für Mediziner (7.Aufl.) S. 293, 294, 323
2. Funktionelle Gruppen
2.2 Phenole, Chinone
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
46
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Ether: R-O-R'
• weniger hydrophil als Alkohole, keine H-Brücken:
meist keine Mischbarkeit mit Wasser (A: Dioxan, THF)
• Siedepunkt unter denen isomerer Alkohole
(vergleichbar mit Alkanen)
cyclische Ether
symmetrische Ether
THF
unsymmetrische Ether
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 209
2. Funktionelle Gruppen
2.3 Ether
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 210
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
47
Ether: chemische Eigenschaften (1)
 Ether sind schwache Basen
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 194
 Oxidation mit Luftsauerstoff/Licht
hν
(in fester Form explosiv)
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 194
2. Funktionelle Gruppen
2.3 Ether
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Ether: chemische Eigenschaften (2)
 oxidativer Abbau von Δ durch Hydroxylasen über Epoxide
O2
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 195
toxikologisch wichtig
(Karzinogen)
Zeeck: Chemie für Mediziner (3.Aufl.) S. 195
2. Funktionelle Gruppen
2.3 Ether
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
48
Medizinisch und toxikologisch wichtige
Ether
Inhalationsnarkotika
H3C - CH2 - O - CH2 - CH3
"Äther"
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 210
(Kontaktherbizid)
(Entlaubungsmittel)
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 211
2. Funktionelle Gruppen
2.3 Ether
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
CHEMIE FÜR MEDIZINER:
Organische Chemie, biochemisch wichtige Stoffklassen
1. GRUNDSTRUKTUREN
1.1 Bindungsverhältnisse beim Kohlenstoffatom
1.2 Reaktionstypen
1.3 Offenkettige Kohlenwasserstoffe
1.3.1 Alkane (Paraffine)
1.3.2 Alkene (Olefine)
1.3.3 Alkine
1.4 Alicyclische Verbindungen
1.4.1 Cycloalkane
1.4.2 Cycloalkene
1.4.3 Kondensierte Ringsysteme
1.5 Aromaten
1.5.1 Benzol und Derivate
1.5.2 Kondensierte Ringsysteme
1.6 Heterocyclen
2. FUNKTIONELLE GRUPPEN
2.1 Alkohole
2.2 Phenole, Chinone
2.3 Ether
2.4 Amine
2.5 Nitro- und Azoverbindungen, Nitrile
2.6 Thiole, Thioether, Disulfide, Sulfonsäuren
2.7 Aldehyde und Ketone
2.8 Carbonsäuren
2.9 Funktionelle Carbonsäurederivate
2.9.1 Carbonsäure-anhydride
2.9.2 Carbonsäure-ester
2.9.3 Carbonsäure-thioester
2.9.4 Carbonsäure-amide
2.10 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren
2.11 Derivate Anorganischer Säuren
2.11.1 Kohlensäure
2.11.2 Phosphorsäure
2.11.3 Schwefelsäure
2.11.4 Salpetersäure
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
49
Amine: -NH2, -NHR, -NRR'
Derivate von NH3
Riechen z. T. unangenehm (fischig)!
R
primär
sekundär
tertiär
quartäres
Ammoniumsalz
⊕
N
Methylamin
Dimethylamin
Trimethylamin
N
Anilin
Pyridin
Piperidin
Pyridiniumkation
nach Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 219, 340
2. Funktionelle Gruppen
2.4 Amine
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Amine sind (Lewis-) Basen
R-NH2 + H2O ⇀
↽ R-NH3⊕ + OHKB =
[RNH3+]
Amine bilden mit Säuren Salze:
[OH-]
[RNH2]
H3C-NH2 + HCl  H3C-NH3⊕ClΘ
pKS + pKB = 14
+I
-M
-M
Krieg: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 206
2. Funktionelle Gruppen
2.4 Amine
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
50
Basizität von Aminen
verschiedene induktive (I) und mesomere (M) Effekte
+I-Effekt (e-Schub): z.B. –CH3
erhöhte Basizität
im Vergleich zu NH3
-M-Effekt (e-Sog durch Mesomerie):
z.B. sind aromatische Amine schwächer basisch als NH3:
Base
pKB
Dimethylamin
3,29
Methylamin
3,36
Ammoniak
4,76
Anilin
9,42
Anilin
Carbonsäureamide und Sulfonamide sind nicht mehr basisch (sondern neutral):
nach Latscha/Klein: Chemie für Mediziner (7.Aufl.) S. 302, 303
2. Funktionelle Gruppen
2.4 Amine
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Toxikologisch wichtig
Gesundheitsgefährdung durch N-Nitrosamine
Sekundäre Amine bilden mit HNO2 (Salpetrige Säure, Nitrite)
Nitrosamine: cancerogen (z.B. Bildung im Magen aus Nitriten)
Wachter/Hausen: Chemie für Mediziner (7. Aufl.) S. 338
Primäre Amine bilden mit HNO2 Diazonium-Verbindungen. (siehe Kapitel 2.5)
2. Funktionelle Gruppen
2.4 Amine
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
51
Nucleophile Substitution (SN)
typische Reaktion bei Aminen: Amine = Nucleophile
XΘ
+
z.B. R3N
Substrat
Produkt
Abgangsgruppe
Zeeck: Chemie für Mediziner (5.Aufl.) S. 224
SN-Reaktionen sind sehr häufige Reaktionen in der organischen Chemie/Biochemie!
Weitere wichtige Nucleophile (absteigende Nucleophile): RNH2 > ROH > H2O
H–S Θ > I Θ > R–O Θ > H–O Θ
2. Funktionelle Gruppen
2.4 Amine
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
Nucleophile Substitution (SN)
2 Reaktionsmöglichkeiten: SN1 bzw. SN2
Molekularität (Reaktionsordnung des
geschwindigkeitsbestimmenden Schritts)
1. Ordng.
SN1:
langsam
Nu
Nu⊝
schnell
⊕
stabile
Zwischenstufe: sp2
SN2:
Nu
2. Ordng.
langsam
+
sp3
2. Funktionelle Gruppen
2.4 Amine
wenn chirales C-Atom (4 verschiedene Substituenten):
Razenat entsteht (1:1 Gemisch von Bild und Spiegelbild)
schnell
Übergangszustand:
sp2 + pz
wenn C chiral (4 verschiedene Substituenten):
Konfigurationsumkehr (Walden'sche Umkehr)
Spiegelbild entsteht
Institut für Molekularbiologie und Medizinische Chemie
52