A. Bevezetés A. A szénhidrogének B. Oxigéntartalmú szerves vegyületek C. A biokémia alapjai I. A konfigurációs izoméria 1) Ism. Lsd B/V/6: térizoméria v. sztereoizoméria 2) A szőlősav felfedezése (Balázs: 541) + Pasteur + saját füzet vége fele: rajzzal! a) Pasteur az 1850-es években felfedezte, hogy bizonyos anyagok oldatai a polározott fényt jobbra (óramutató irányával megegyező) v. fordítva, balra forgatják el. Ezeket nevezzük optikailag aktív anyagoknak. Ő a borkősavat vizsgálta, de nekünk jobb, ha a tejsavat nézzük: Kipróbálható egy molekulamodellen, hogy kétféleképpen építhető föl a tejsav-molekula, és ez a kettő hiába "egybevágó" geometriailag, mégsem hozható fedésbe körüljárást nem megváltoztató transzformációval. Úgy, ahogy a két kezünk sem, vagy egy jobbmenetes és balmenetes csavar. 3) A konfiguráció és a konfigurációs izoméria: a) A konfiguráció ugyanahhoz az atomhoz kapcsolódó ligandumok viszonylagos térbeli elrendeződését jelenti. b) A sztereoizomériának azt a fajtáját, amelyben azonos konstitúciójú vegyületek (molekulák) csak a konfigurációjukban térnek el, konfigurációs izomériának hívjuk. 4) Kiralitás: Kajtár: II. 161-162 a) Kiralitás, enanitomer pár, kiralitás centrum: K. II. 162 Ha egy szénatomhoz négy különböző ligandum kapcsolódik, akkor pontosan kétféle konfigurációjú molekula lehetséges, amelyek egymással fedésbe nem hozhatóak, hanem egymás tükörképei. Láttuk előbb a tejsavat, amelynek a 2-es szénatomja ilyen típusú. Def.: Az olyan molekulaszerkezetet (ill. minden térbeli alakzatot), amely a saját tükörképével nem azonos, királisnak nevezünk (kheir=kéz, gr), az olyanokat, amelyek saját tükörképükkel azonosak: akirálisnak. Def.: Azok a molekulák, amelyek negymásnak tükörkép párjai, de egymással nem azonosak, enantiomer párnak nevezzük. A királis térszerkezet leggyakoribb feltétele (van több is!), hogy legyen egy olyan szénatom, amelyikhez négy különböző ligandum kapcsolódik. Ekkor ezt a központi atomot kiralitáscentrumnak hívjuk. b) Elnevezés: A jobbraforgató lett a D (dexter) a balra az L (laevus), illetve az R (rectus) és S (sinister) pár. Az elnevezés módja a következő: * A kiralitáscentrumhoz kapcsolódó 4 atomot megszámozzuk 1-4-ig, a legnagyobb rendszámú az 1-es, stb. * A molekulamodellt úgy nézzük, hogy 4. szénatom a molekula mögött legyen, a centrum takarásában. Ezután az 1-2-3 sorrend vagy jobbra forog, vagy balra. c) Racém elegy: Ha egy elegyben egy enantiomer-pár két tagjának az aránya megegyezik (1:1), akkor azt racém elegynek nevezzük. A racém elegy a polározott fény síkját nem forgatja el. 5) Több kiralitás centrum: Kajtár: II. 163-164. a) [pic], illetve [pic] enantiomer pár: egymás tükörképei. b) [pic], illetve [pic] diasztereomer pár: nem egyeznek, de nem is egymás tükörképei. 6) Konfigurációs izoméria a szervezetben. a) Megfigyelés: A természetben, a szervezetben optikailag aktív vegyületek keletkeznek, míg laborban racém elegyeket lehetett előállítani. Ilyen például az izomból kivont tejsav, amely optikailag aktív, illetve a laboratóriumban előállított, vagy a savanyú-tejből kivont tejsav, amely racém. b) Fontossága: a szervezet katalizátorai, az enzimek csak akkor tudnak hatékonyan "dolgozni", ha jól tudnak kapcsolódni a többi molekulához. Vagyis "jobbkezes a jobbkezeshez, balkezes a balkezeshez." II. A szénhidrátok: általában 1) Definíció: konkrét definíciójuk nincs. Szénből, hidrogénből és oxigénből álló vegyületek, amelyben a szénatomok láncot alkotnak, s ehhez kapcsolódnak oxigén tartalmú funkciós csoportok. Ezek: hidroxil-, aldehid-, oxo- és étercsoportok lehetnek. 2) Elnevezés: Mindegyiknek külön triviális neve van. Maga a szénhidrát név onnan származik, hogy régen úgy gondolták hogy ezek a vegyületek a szénnek a vízzel alkotott vegyületei, azaz a szén "hidrátjai". Valóban, a legelterjedtebb tagokat a Cn(H2O)m összetétel jellemzi, ahol n és m gyakran azonos. Kísérlet: 3) Csoportosítás: természetben megtalálható szénhidrátokat a felépítésüktől függően csoportosítjuk. a) Egyszerű szénhidrátok (monoszacharidok): nem bonthatók kisebb molekulájú szénhidrátokra. Édes ízű, vízben oldódó, kristályos vegyületek. b) Kettős szénhidrátok (diszacharidok): molekulájuk - hidrolízissel - két monoszacharidra bontható. Édes ízű, vízben oldódó, kristályos vegyületek. c) Összetett szénhidrátok (poliszacharidok): molekulájuk - hidrolízissel - sok monoszacharidra bontható. Nem édes ízű, vízben nem, vagy csak alig oldódó vegyületek. 4) Felépítés; kémiai és fizikai tulajdonságok: a konkrét vegyületeknél. 5) Szerepük a természetben a) Megtalálhatóság A földön a legnagyobb mennyiségben előforduló szerves vegyületek. Ilyen például a cukor, a keményítő, a cellulóz. b) Felépítés-lebontás A szénhidrátokat a természetben a növények állítják elő fotoszintézis útján: széndioxidból és vízből - napenergia hatására - szénhidrátok keletkeznek és oxigén szabadul fel. A reakció a növények zöld színanyaga, a klorofill segítségével megy végbe: A kezdetben keletkező egyszerű cukrokból - vízkilépéssel - összetett cukrok, majd óriásmolekulájú szénhidrátok: keményítő és cellulóz képződnek. Lebontásukat már láttuk. c) Feladataik * A sejtek közvetlen energiaforrásai (szőlőcukor) * tartalék tápanyagok, vagyis közvetett energiahordozók (keményítő) * támasztó- és vázanyagok (cellulóz) * különféle egyéb vegyületek alkotórészei III. Fontosabb szénhidrátok I.: Monoszacharidok 1) Általában: a) Az egyszerű cukrok (monoszacharidok) 3-7 szénatomot tartalmazó polihidroxi-oxo-vegyületek, melyek - a háromszénatomosak kivételével - gyűrűs formában stabilisak. Csoportnevük a szénatomszámnak megfelelően trióz, tetróz, pentóz, hexóz, heptóz. b) Aldózok, ketózok: A csoportnév elé odatesszük, hogy az oxocsoport láncvégi vagy láncközi szénatomhoz kapcsolódik, vagyis pl. aldopentóz vagy ketohexóz. c) Izomériájuk: a legtöbbnek több térizomere is van, hiszen sok szénatom bennük kiralitás-centrum. 2) A szőlőcukor (glükóz) a) Általában Összegképlete: C6H12O6. Édes ízű (klükosz: édes gr.), fehér színű, kristályos anyag, vízben jól oldódik. Melegítve - olvadás közben - bomlik, megsárgul, karamellizálódik. b) Felépítése: Aldohexóz. Molekulájában öt szénatom és egy éterkötésű oxigénatom hattagú gyűrűt alkot. Térszerkezete hasonlít a ciklohexánhoz. Ekvatoriális állások: energetikailag kedvező. Az ábrán látható, hogy a nagy térigényű hidroxil- csoportok igyekeznek a legkedvezőbb állást felvenni, tehát az ekvatoriálist, mivel így vannak egymástól a legtávolabb. Ez alól majd csak az 1-es szénatom hidroxilcsoportja lesz a kivétel. D v. L glükóz. A természetben előforduló cukor a D-glükóz, az enantiomer párja a természetben nem található meg, csak mesterségesen állítható elő, ő az L-glükóz. Az 5- ös szénatom konfigurációja szerint nevezzük el a glükózt L v D-nek Az ? illetve ? térállású hidroxilcsoport az 1-es szénatomon. Az ezüsttükör próba és a Fehling próba pozitív, tehát aldehid. De hogyan? A szőlőcukor molekulája vizes közegben az 1. és 5. szénatom közti kötés felnyílhat, s ennek a következtében az 1. számú szénatomon kötésátrendeződés történik, és kialakul egy aldehid csoport. "Aldóz"! Ez a folyamat egyensúlyi folyamat, de érdekes módon 3 molekula tartja ezt fönt. A felszakadt láncú, és kettő zártláncú, ahol az oxocsoportból kialakuló hidroxilcsoport axiális: ?- illetve ekvatoriális: ?-térállású. Mivel a ?- térállású energetikailag kedvezőbb, ezért kb. 63% a ?- térállású és kb. 37% az ?-térállású. A gyűrűk kialakulásakor keletkező, a szétnyílásnál és egyéb reakciókban is szerepet játszó 1. számú szénatom hidroxilcsoportját - megkülönböztetésül a többi alkoholos hidroxil-csoporttól - glikozidos hidroxilcsoportnak nevezzük. (: a glükóznak négyféle térizomerje van: ?-D-glükóz; ?-D-glükóz; ?-L-glükóz; ?-L-glükóz, melyek közül a természetben a D konfigurációjúak fordulnak elő. Ezzel a szerkezettel de másféle konfigurációval összesen 8 féle izomer van, 4-4 változatban. c) Szerepe a természetben A szervezet legfontosabb energiaforrása. Az emberi és állati szervezetek a glükózban tárolt napenergiát szabadítják fel és hasznosítják életfolyamataikban. A lebontási folyamatok oxigén segítségével mennek végbe (légzés). A sejtek légzésének folyamata nagyon bonyolult, a lényegét kifejező egyenlet a fotoszintézis fordítottja. Az egyszerű cukrok tehát nagyon fontos tápanyagok, mert nagyon könnyen felszívódnak, és oxidációjuk során az életfolyamatokhoz szükséges energiát biztosítják. d) Felhasználás, előállítás: A konzerv és édesipar használja fel. A gyógyászatban és a sport területén mint gyorsan ható energiaforrást hasznosítják. Az iparban kristályos formában, főleg a burgonya keményítőjének hidrolízisével állítják elő (krumplicukor). 3) A gyümölcscukor (fruktóz) a) Általában A gyümölcscukor édes ízű, fehér színű, vízben jól odlódó kristályos anyag. A természetben főleg a gyümölcsök levében (fructus=gyümölcs lat.), a mézben (glükóz : fruktóz = 1:1 kerveréke), és a diszacharidokban (pl.:répacukor) van jelen, itt kötve. A méhek a répacukor tartalmú nektárt bontják szét enzimjeikkel szőlő és répacukorra, ami a mézben van. A méz "ikrásodásakor" a fruktóz kristályosodik ki. Miután nem raktározódik el a szervezetben, és oxidációja - a glükózhoz hasonlóan - energiát szolgáltat, a cukorbetegek is fogyaszthatják. b) Felépítése: ketohexóz Molekulájában csak 5 tagú a gyűrű: 4 szénatom és egy éterkötésű oxigénatom alkot gyűrűt. Energiaminimum: a nagy csoportok egymástól lehetőleg távol legyenek. D v. L fruktóz: Itt is mindkettő megtalálható. Elnevezés az 5-ös szénatom alapján A glikozidos hidroxilcsoport ? illetve ? térállása az 1-es szénatomon. Bár aldehid (formil) csoportot nem, hanem ketocsoportot tartalmaz, mégis adja az ezüsstükör- próbát, mivel lúgos közegben aldohexózzá alakul: "fruktóz-glükóz izomerizáció". A gyümölcscukor molekulája vizes közegben a 2. és 5. szénatom közti kötés felnyílhat, s ennek a következtében a 2. számú szénatomon kötésátrendeződés történik, és kialakul egy keto-csoport. "Ketóz"! A fruktózmolekulák gyűrűvé záródásakor is ? és ? típusú gyűrűk keletkezhetnek, a 2. szénatomon kialakuló glikozidos hidroxilcsoport térállása szerint. 4) A ribóz és a 2-dezoxi-ribóz Mindkettő aldopentóz. A ribóz az RNS, a ribonukleinsav egyik alkotója, a 2-dezoxi-ribóz pedig a DNS-é, a dezoxi- ribonukleinsavé. Mindkettő 5-ös gyűrűvel rendelkezik. IV. Fontosabb szénhidrátok II.: Diszacharidok 1) Általában Molekuláik savas hidrolízissel két monoszacharid-molekulára bomlanak, illetve két monoszacharid-molekulából keletkezhet vízkilépéssel. A két monoszacharid közti kötés kialakításában legalább az egyik monoszacharid glikozidos hidroxilcsoportja mindenképp részt vesz, ezért ezt az éterkötést glikozidos kötésnek nevezzük. 2) Maltóz (Malátacukor): Redukáló cukor a) Általában: Fehér színű, vízben jól oldódó, édes anyag. Zöld levelekben, csírázó magvakban fordul elő. A fotoszintéziskor keletkező glükózból keletkezik. A sejtekben köztestermékként jelenik meg. Ha újabb meg újabb glükóz kapcsolódik hozzá, akkor keményítő keletkezik belőle. A keményítő felhasználásakor a lebontás során ismét megjelenik a maltóz. A sörgyártásban a csíráztatott árpát hívják malátának. A malátában sok maltóz található, innen a malátacukor kifejezés. A csírázó árpában enzimek hatására a tartalék tápanyagként raktározott keményítő lebomlásából származik a malátacukor, ami további bomlás eredményeként glükózzá alakul. Ez a csírázó növényben energiaforrás, a sörgyártásnál alkohol-alapanyag. b) Felépítése: Két ?-D-glükózból épül fel 1-4 kötéssel Redukálóképesség: Mivel 1-4 kötés, ezért az egyik glükóznak nincs kötve a glikozidos hidroxilcsoportja, vagyis redukálóképességű. Görbült: mivel ?-D-glükóz molekulák kapcsolódnak össze, ezért a glikozidkötés oxigénjére jellemző 105(-os kötésszög miatt a molekula görbült alakú lesz. Képlet: 3) Cellobióz: redukáló cukor a) Általában: Fehér színű, vízben jól oldódó, alig édes anyag. A természetben nem fordul elő, csak a cellulóz hidrolízisekor különíthető el, annak az építőeleme. b) Felépítése: Két ?-D-glükózból épül fel 1-4 kötéssel, úgy, hogy az egyik 180(-kal el van fordulva. Redukálóképesség: Mivel 1-4 kötés, ezért az egyik glükóznak nincs kötve a glikozidos hidroxilcsoportja, vagyis redukálóképességű. Lineárist: mivel az egyik ?-D-glükóz molekula 180(-kal el van fordulva, ezért lineáris a molekula. Képlet: 4) Szacharóz (nádcukor, répacukor): nem redukáló cukor a) Általában Fehér színű, vízben jól oldódó, édes anyag. A háztartásban, konzerviparban használják édesítőszerként. Európában a cukorrépában, a trópusokon a cukornádban fordul elő olyan mennyiségben, hogy ipari mértékben is érdemes kinyerni (15-25%) b) Felépítése: ?-D-glükóz - ?-D-fruktózból 1-2 kötéssel. Nem redukálóképességű: mert a glükóz a glikozidos hidroxilcsoporttal hozta létre az 1-2 kötést, így az nem tud ?-? átrendeződést létrehozni, s közben nem keletkezik redukáló aldehid csoport. Görbült: mivel ?-D-glükóz molekulákhoz kapcsolódik a fruktóz. Képlet: 5) Laktóz: tejcukor: Redukáló cukor a) Általában: az emlősök tejében található (5-8%), annak édes ízét adja. Molekulájának szerkezete a cellobiózéhoz hasonló, hidrolízisekor azonban a glükóz mellett galaktóz is keletkezik. V. Fontosabb szénhidrátok III.: Poliszacharidok 1) Általában a) Az ember, az állatok és a növények szervezetében olyan szénhidrátok is fontos szerepet játszanak, amelyek vízben rosszul v. egyáltalán nem oldódnak és nem édesek. Az emberekben, állatokban a glikogén, a növényekben a keményítő és a cellulóz a legjelentősebb. b) Savas v. enzimes hidrolízissel molekuláik több száz vagy több ezer glükóz-molekulára esnek szét. Ugyanígy, egyszerű szénhidrátok sok molekulájából, vízkilépéssel jönnek létre. Ezeket a szénhidrátokat nevezzük közös néven poliszacharidoknak. 2) A keményítő: nem redukáló szénhidrát. a) Általában: Fehér színű, íztelen, porszerű anyag. Főként növényekben képződik, és gumókban, gyökerekben, magokban tartalék tápanyagként raktározódik el. Az emberek, és állatok is raktároznak keményítőt a májukban és izmaikban. A keményítőszemcsék alakja jellemző a növényekre (búza, kukorica, burgonya stb.) b) Felépítése: sok ?-D-glükóz -ból épül fel. i) Savas hidrolízissel először maltózzá, majd tovább hidrolizálva sok ?-D-glükózzá bomlik le. ii) Nem redukálóképességű: hiszen a glükóz-molekulák a glikozidos hidroxilcsoportjaik segítségével kapcsolódnak. iii) Az amilóz és az amilopektin. A keményítőszemcsék két különböző anyagból állnak: a vízoldékony rész az amilóz, a vízben nem oldódó az amilopektin. A keményítőszemcsék belsejét az amilóz alkotja, amely 60-300 ?-D-glükóz-ból épül fel és nem elágazó láncú; a szemcsék felületét borító, és a belső rétegeket elválasztó hártya a amilopektinből áll, amely 300-1000 ?-D-glükóz-ból épül fel, és elágazásokat tartalmaz. iv) Az amilóz spirális szerkezete "hélix-konformáció" Ha gondolatban a görbült alakú maltózt tovább építjük a maltóz kötésének megfelelő logikával, akkor egy olyan molekulát kapunk, amely a maltóz görbületének folytatásában spirálformát ölt. Ezt a formát a spirálívek közti, a hidorxil-csoportok segítségével létrehozott hidrogén-kötések stabilizálják. Az amilóz elágazás nélküli láncokból áll. v) Az amilopektin elágazó szerkezete segíti ahhoz, hogy hálózatos felületi hártyát képezzen. vi) A jód és a keményítő kimutatása A keményítő jódoldattal kék színűvé válik hidegen - melegen újra színtelen. Ez a "jód-keményítő" színváltós reakció minkét anyag kimutatására alkalmas. Oka: a jód éppen be tud bújni az amilóz spiráljába, és így megváltozik a rendszer energiája. c) Felhasználása: a keményítőből hidrolizált szőlőcukrot (krumplicukor) az édesipar használja. A keményítőből készített főzetet a textiliparban és a háztartásban főleg vásznak "keményítésére" használják. A lehűtött, sűrű, ragacsos keményítő főzetet "csiriz" néven olcsó ragasztónak használják. 3) A cellulóz a) Általában: fehér, szilárd anyag, vízben nem oldódik. A Földön, a természetben a legnagyobb mennyiségben előforduló szerves anyag. A növények vázanyagának nagy része cellulóz: így funkcióját illetően: vázpoliszacharid., erre alkalmassá főleg vízoldahatlansága, és a rostalkotó képessége teszi. b) Felépítése: sok ezer ?-D-glükóz -ból épül fel. i) Savas hidrolízissel először cellobiózzá, majd tovább hidrolizálva sok ?-D-glükózzá bomlik le. ii) Nem redukálóképességű: hiszen a glükóz-molekulák a glikozidos hidroxilcsoportjaik segítségével kapcsolódnak. iii) Lineáris makromolekula A cellulózmolekula felépülését úgy képzelhetjük el, hogy a cellobióz-molekulákhoz újabb és újabb ?-D- glükóz -molekulát kapcsolunk váltakozó térállásban 1- 4 kötéssel. A váltakozó állásnak az az eredménye, hogy a glükózgyűrűk egy egyenes mentén helyezkednek el, lineáris makromolekulát alkotva. A lineáris szerkezetet az egymás melletti molekulák közti hidrogénkötések stabilizálják. iv) Rostokat alkot Az egymás melletti molekulákat szintén hidrogénkötések rendezik rostokba, s így jön létre a makroszkopikusan is fonalas szerkezet, a növényi rost. v) A kémiai lebontásnak meglehetősen ellenáll. Hidrolízise is csak tömény savval lehetséges. Biokémiai lebontását csak azok az emlősök (kérődzők) képesek elvégezni, amelyek emésztőrendszerében olyan mikroorganizmusok élnek, melyek a lebontáshoz szükséges enzimeket előállítják. c) Felhasználása i) Papírgyártás Az alapanyag a fa, melynek két fő alkotója a lignin, a másik a cellulóz. A lignint kioldják a cellulóz mellől, majd a megmaradt cellulózt fehérítik, töltő-, ragasztó- és színezőanyagot kevernek hozzá, majd ezt hengerlik és szárítják. ii) Műszál gyártás: CS2-dal (széndiszulfid) reagáltatva sűrűn folyóvá válik. Ezt fonállá alakítják, majd kicsapatják. A létrejött szálak alkotják a műselymet. iii) Robbanóanyag gyártás A cellulóz hidroxilcsoportjait tömény salétromsavval észteresíti. Így keletkezik a cellulóz-nitrát, amit heves égése miatt füst nélküli lőpornak, lőgyapotnak neveznek. VI. Nitrogéntartalmú szénvegyületek 1) Aminok a) Def. + elnevezés Def.: Az aminok olyan ammóniából levezethető nitrogéntartalmú szénvegyületek, amelyek molekuláiban az ammónia egy, két vagy három hidrogénatomját a megfelelő számú szénhidrogéncsoport helyettesíti. A helyettesítő csoportok lehetnek telítettek, telítetlenek, nyílt láncúak, gyűrűsek, aromások. Elnevezésük: A nitrogénatomhoz kapcsolódó szénhidrogéncsoportok nevének felsorolása után tett -amin szóval történik. b) Csoportosításuk: A nitrogénatomhoz kapcsolódó szénhidrogének számának megfelelően primer (elsőrendű), szekunder (másodrendű), tercier (harmadrendű) aminokat különböztetünk meg. Itt tehát nem a nitrogénhez kapcsolódó szénatom rendűsége adja a rendűséget, mint pl. az alkoholoknál. c) A funkciós csoport szerkezete Miután minden amin nitrogénatomjának van nemkötő elektronpárja, ezért az jó elektronakceptor. d) Fizikai tulajdonságok Fp.: A nitrogénatom nemkötő elektronpárja ugyan jó protonakceptor, de a N-H kötés (ha van!) gyengén polározott, ezért a N-H - - - :N típusú hidrogénkötés gyengébb, mint az alkoholoknál. A tercier aminoknál nem is jöhet ez létre. Így az aminok forráspontja a szénhidrogének és az alkoholok között van, s közülük a tercieré a legkisebb és a primeré a legnagyobb. Oldhatóság Mivel a nitrogénatom nagyon jó akceptora a vízmolekulák által létesített hidrogénkötéseknek, ezért az aminok viszonylag jól oldódnak vízben. e) Kémiájuk Miután minden amin nitrogénatomjának van nemkötő elektronpárja, ezért az összetételtől függő mértékben, minden amin bázis, vagyis vizes oldatuk lúgos kémhatású: Az aminok savakkal sót képeznek: dimetil-ammónium-klorid Az aminok sói vízben jól oldódnak, és savasan hidrolizálnak, ami a gyenge bázisosságukat bizonyítja. 2) Amidok a) Def + elnevezés Def: Az amidok olyan nitrogéntartalmú vegyületek, melyek karbonsavak és ammónia vagy amin egymásra hatásával, vízkilépéssel származtathatóak. Elnevezésük: Az R-CONH2 típusú amidok szabályos neve alkánamid. Az egyszerűbbeknek a megfelelő sav triviális nevéből származó régi nevét használjuk. A nitrogénatomhoz kapcsolódó csoportokat mint helyettesítő csoportokat a név előtt soroljuk fel. Pl.: b) A funkciós csoport, az amidcsoport szerkezete szigma-váz a molekula polározottsága * a nitrogénatomon nincs nemkötő elektronpár, hanem * az amidcsoport delokalizált pi-elektronrendszert tartalmaz. Így az amidcsoportot alkotó O-C-N atom és a szén és nitrogénatomhoz kapcsolódó 3 további atom, tehát 6 atom egy síkban helyezkedik el * a delokalizáció miatt nitrogén nemhogy jó protonakceptor lenne, mint az aminoknál, hanem inkább elektronhiányos, parciális pozitív töltés van ott. * az oxigén körül pedig nagyobb az elektronsűrűség, mint egy egyszerű oxocsoportnál. Összességében az amidcsoport nagyon stabilis, sík alakú, dipólusos molekularészlet. c) Fizikai tulajdonságok Op-Fp. A formamid kivételével minden amid kristályos. Ez érthető, hiszen a polározott N-H kötés nagyon jó protondonor a hidrogénkötéshez, és a részleges negatív töltést viselő oxigén nagyon jó akceptor, így különösen erős N-H - - - :O=C típusú hidrogénkötések alakulnak ki, amelyek nagymértékű asszociációhoz vezetnek. Oldhatóság Az amidcsoport donorként és akceptorként is a vízmolekulákkal hidrogénkötést létesít, ezért az amidok vízben nagyon jól oldódnak. d) Kémiája i) Sav-bázis sajátságok Az elektronhiányos nitrogén elvesztette - szemben az aminokkal - a protonakceptor jellegét, így már nem bázisos. Sőt, a polározott N-H kötés ha a víznek nem is, de nagyon erős bázisoknak képes leadni a protont, ezért vízzel szemben semleges, de nagyon erős bázisokkal szemben savas kémhatásúnak mutatkozik. ii) Előállítás, és hidrolízis Savból és aminból lehet őket levezetni, de mind az előállításuk, mind a hidrolízisük csakis nagyon erélyes körülmények között végezhető el. Az amidokat könnyen az észterekből lehet előállítani ammóniával: Ez a reakció a hidrolízishez hasonlít, mivel azonban az amid stabilabb (kisebb energiájú) mint az észter, ezért az egyensúly gyakorlatilag az amidképződés irányába tolódik. 3) Nitrogéntartalmú heterociklusos vegyületek a) Általában Heterociklusos vegyületnek nevezzük azokat az anyagokat, amelyek gyűrűs molekuláiban egy vagy több heteroatom (oxigén, kén, nitrogén) található. b) Piridin i) Szerkezete: hattagú aromás Szerkezete a benzolhoz hasonlít. Attól abban különbözik, hogy a hattagú gyűrűben egy CH- csoport helyett egy N atom található. Hogyan képzelhetjük el? Gondolatban egyesíthetjük a benzol egyik hidrogénatommagját a kapcsolódó szénatommal. A szigma váz: A szigma vázzal együtt figyelhetjük a nitrogén nemkötő elektronpárját, amely úgy helyezkedik el, mint a többi szénatomhoz kapcsolódó hidrogén. Aromás jelleg: A benzolhoz hasonlóan megmarad az aromás jelleg, csak egy kissé az egész a nitrogénatomtörzs felé mozdul el, hiszen a nitrogén elektronegativitása nagyobb, mint a széné. Így a piridinmolekula dipólusos, melynek negatívabb oldala a nitrogénnél van. ii) Fizikai tulajdonságai Fp: A benzol forráspontjánál (80(C) magasabb az Fp-je (115(C), ez a dipólusos molekulák kölcsönhatása miatt érthető. Oldhatóság: vízzel minden arányban keveredik. Ennek magyarázata a vízmolekulák hidrogénkötéseit jól fogadó nemkötő elektronpárral rendelkező N jelenléte. iii) Kémiája Kémhatása: A nitrogénre eső parciális negatív töltés együtt a nemkötő elektronpárral képessé teszi a proton befogadására. Ezért vizes oldata gyengén lúgos kémhatású. Savakkal sót alkot: iv) Szerepe Denaturált szesz! Vitaminok, enzimek, alkaloidák molekuláiban megtalálható. Számos gyógyszer piridinszármazék. c) Pirimidin i) Szerkezete (piridin, csak a N-eken kisebb az e- sűrűség. Hattagú aromás gyűrű, amely két nitrogénatomot tartalmaz 1,3 helyzetben. Az elektronszextett a négy szén- és két nitrogénatom 1-1 elektronjából alakul ki. ii) Fizikai tulajdonságai Op-Fp.: Kristályos vegyület, a forráspontja egy kicsit magasabb a piridinénél. Oldhatósága: vízben jól oldódik. iii) Kémiája A piridinnél gyengébb bázis. iv) Szerepe A pirimidingyűrű nagyon sok, fontos természetes vegyületnek (nukleinsavak, vitaminok, alkaloidok) és számos gyógyszernek az alapja. Három nagyon fontos származéka: uracil, timin, citozin. Mindhárom származék a nukleinsavak alkotója (DNS, RNS), ún. pirimidinbázisok, melyek belső átrendeződéssel létrejött formában találhatók az élő anyagokban. d) Pirrol i) Szerkezete Öttagú aromás gyűrű, melyben egy N atom van. A nitrogénnek két nemkötő elektronja épül be a delokaliztált pi-elektronrendszerbe. A hat elektron öt atomra oszlik el. Kiszámítható, hogy így 6/5 elektron jut 1-1 atomra. Így -0,2 lenne minden szénatom töltése és +0,8 lenne a nitrogéné. Ez nem ennyire szélsőséges, a valóság: -0,1 a C és +0,4 a N, de még így is, a nitrogén nagyobb elektronvonzó képessége ellenére is elektronhiányos, ezért a molekula nitrogénfelőli oldala a dipólusmolekula pozitívabb pólusa. Így a N-H kötés még jobban polározott. ii) Fizikai tulajdonságai Op-Fp: Színtelen folyadék, Fp: 131 fok Oldhatósága: vízben gyakorlatilag nem oldódik, csak szerves oldószerekben. iii) Kémiája Hiába tűnik szekunder aminnak, láttuk, hogy a N-H kötés polározott, hiszen a molekula pozitív pólusa a N felől van, így savként tud viselkedni, igaz nagyon gyenge savként. Pl. kálium hatására protont ad le: pirrol-kálium keletkezik. iv) Szerepe Az ún. porfinváz négy pirrolgyűrűből áll, amely alapja a hemoglobin, a klorofill és a B12-vitamin molekuláinak. e) Imidazol i) Szerkezete Öttagú aromás gyűrű, két 1,3-helyzetű nitrogénatommal. Látható, hogy az egyik nitrogénatom a piridinéhez, a másik a pirroléhoz hasonló. Így polározott a molekula, és mindkét előbbi vegyület tulajdonságait hordozza. ii) Fizikai tulajdonságai Op-Fp: Magas olvadás és forrásponttal rendelkezik. (90( - 256() Ez érthető, hiszen a molekulák hidrogénkötésekkel összekapcsolódva asszociátumokat hoznak létre. Oldhatósága: vízben jól oldódik, ami elsősorban a piridinszerű nitrogénatomnak köszönhető. iii) Kémiája A piridin és pirrol jellegű N atomok jelenléte miatt mind savként, mind bázisként viselkedhet, vagyis amfoter vegyület. Így savval bázisként, bázissal savként reagál. iv) Szerepe A biológiai folyamatokban betöltött fontos szerepét ennek az amfoter jellegnek köszönheti: olyan enzimek aktív része, amelyek protoncsere reakciókat katalizálnak: az egyik vegyületről lehasítják a protont, a másiknak pedig átadják. f) Purin i) Szerkezete Molekulája egy pirimidin és egy imidazol részletből álló, kilencatomos, kettős gyűrű, négy nitrogénatommal. Tulajdonságait e kettő vegyülettől örökli. ii) Fizikai tulajdonságai Kristályos anyag. Vízben jól oldódik. iii) Kémiája Ő is amfoter jellegű, de erősebb bázis, mint sav. iv) Szerepe Legfontosabb származékai a nukleinsavakat alkotórészei közül a purinbázisok: adenin és guanin.. VII. A szerves vegyületek szaga: Kajt.: Vált 4 elem.: 295.o) ----------------------- [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic]