ORGANICKÉ SLOUČENINY DUSÍKU

ORGANICKÉ SLOUČENINY DUSÍKU
LITERATURA: Úvod k biochemii I – 2. LF UK, 2005
Obecná a klinická biochemie pro bakalářské obory studia –
Petr Štern, UK – Karolinum 2005
Lékařská chemie a biochemie - Kolektiv autorů
(Němečková), učebnice pro lékařské fakulty,
Avicenum/Osvěta 1991
ROZDĚLENÍ:
I.
AMINY
II.
NITROSLOUČENINY
III. NITROSOSLOUČENINY
IV. FUNKČNÍ DERIVÁTY KYSELIN: A) AMIDY
B) NITRILY
C) DERIVÁTY KYS. UHLIČITÉ
V.
SUBSTITUČNÍ DERIVÁTY KYSELIN – AMINOKYSELINY
VI. HETEROCYKLICKÉ SLOUČENINY
I. AMINY
- náhradou H v molekule NH3 uhlovodíkovým zbytkem (alkylem n. arylem)
primární
R
sekundární
R
NH2
terciární
R
NH
R
R
N
R
Názvosloví
koncovka -amin k názvu alkylu/arylu
sekundární/terciární: předpona di- /triodlišné R: názvy jako substituční deriváty aminu
CH3NHCH2CH3
N-methylethylamin
(CH3)2NCH2CH3
N,N-dimethylethylamin
NH2 není hlavní skupinou: předpona amino-
COOH
kys. p-aminobenzoová
NH2
triviální názvy
NH2
NH2
H2N
benzidin
anilin
Příprava
alifatické aminy: z alkylhalogenidů a NH3
RNH2, R2NH, R3N
aromatické aminy: redukcí nitrosloučenin, nitrosolsoučenin
Vlastnosti
díky volnému elektronovému páru mají zásadité a nukleofilní vlastnosti
 amin jako zásada
CH3-NH2 + H2O  CH3NH3+OHmethylamin
methylamoniumhydroxid
CH3-NH2 + HCl  CH3NH3+Clmethylamin
methylamoniumchlorid
 amin jako nukleofilní činidlo
CH3-NH2 + CH3Cl  (CH3)2NH2+Clmethylamin
dimethylamoniumchlorid
(CH3)3-N + CH3Cl  (CH3)4N+Cltrimethylamin
tetramethylamoniumchlorid
kvarterní amoniová sůl
Diazotace
= reakce primárních aromatických aminů s dusitany alkalických kovů v přebytku
minerální kyseliny  diazoniové soli
NaNO2, HCl
NH2
+
N
anilin
N
Cl
benzendiazonium chlorid
Kopulace
= reakce diazoniových solí s aromatickými fenoly nebo aminy  azosloučeniny
+
N
N
Cl
benzendiazonium chlorid
+
N
CH3
CH3
N,N-dimethylanilin
N N
CH3
N
CH3
p-dimethylaminoazobenzen
azobarviva – významné indikátory (methyloranž, methylčerveň)
+ HCl
ALIFATICKÉ AMINY
Methylamin, dimethylamin, trimethylamin
– plyny, nepříjemného zápachu (zkažené ryby), využití v org. syntéze
Putrescin (1,4 butandiamin)  Kadaverin (1,5 pentandiamin)
– vznikají rozkladem bílkovin jako produkty dekarboxylace ornithinu a lysinu
EDTA (kys. ethylendiaminotetraoctová)
– chelatotvorné činidlo
– disodnovápanatá sůl při otravách těžkými kovy
CH2COOH
HOOCH2C
N
HOOCH2C
C
H2
C
H2
N
CH2COOH
CYKLICKÉ AMINY
Cyklohexylamin
– k výrobě umělého sladidla cyklamátu
NH2
AROMATICKÉ AMINY
– kapaliny nebo pevné látky
– nepříjemného zápachu
– ve vodě téměř nerozpustné
– oproti alifatickým aminům jsou slabými zásadami
– NH2 skupinu lze alkylovat, acylovat, sulfonylovat
– většinou jedovaté látky
Anilin
– toxická olejovitá kapalina ve vodě prakticky nerozpustná
– působením světla žloutne až hnědne
– k výrobě barviv
– acylderiváty anilinu – analgetika, antipyretika
Paracetamol (N-acetyl-4-aminofenol)
Fenacetin (p-ethoxyacetanilid)
Benzidin a 2-naftylamin
NH2
– využití v analytické chemii
– karcinogeny
2-naftylamin
FYZIOLOGICKY ÚČINNÉ AMINY
Alkaloidy: efedrin, atropin, mezkalin, kokain, opium, chinin
Katecholaminy:
produkovány dření nadledvin
dopamin
noradrenalin
adrenalin
OH
OH
HO
HO
HO
NH2
HO
HO
NH2
NH
CH3
HO
Kolamin & cholin
– váží se esterovou vazbou na kys. fosfatidovou  fosfolipidy
kefaliny z kolaminu
lecitiny z cholinu
 kolamin (aminoethanol)
H2NCH2CH2OH
 cholin
CH3
HO
+
CH2 CH2 N
CH3
CH3
acetylací vzniká acetylcholin
(neurotransmiter nervosvalových
synapsí)
II. NITROSLOUČENINY
nitroskupina
nitrosloučeniny - primární
O
O
N+
N+
O
RCH2NO2
- sekundární R2CHNO2
- terciární
R3CNO2
O
Názvosloví
předpona nitro- k názvu odpovídajícího uhlovodíku
Příprava
 nitrací uhlovodíků případně jejich derivátů působením HNO3
CH4 + HNO3
400 °C
CH3NO2 + H2O
NO2
+ HNO3
H2SO4
+ H2O
60°C
nitrobenzen
ALIFATICKÉ NITROSLOUČENINY
– většinou bezbarvé až slabě nažloutlé kapaliny
– slabý zápach
AROMATICKÉ NITROSLOUČENINY
– žluté kapaliny nebo krystalické látky
– většinou jedovaté, výjimku tvoří chloramfenikol
Nitrobenzen
– olejovitá kapalina vonící po hořkých mandlích
– velmi jedovatý, působí methemoglobinemii
– dobré rozpouštědlo
– surovina pro výrobu anilinu
TNT (2,4,6-trinitrotoluen)
CH3
NO2
O2 N
- výbušnina
NO2
Kys. pikrová (2,4,6-trinitrofenol)
OH
NO2
O2 N
- trhavina
- k identifikaci org. zásad, ke srážení bílkovin
NO2
III. NITROSOSLOUČENINY
nitrososloučeniny - primární
RCH2N O
- sekundární R2CHN O
- terciární
R3CN O
Názvosloví
předpona nitroso- k názvu odpovídajícího uhlovodíku
Vlastnosti
toxické, karcinogenní, mutagenní
RCH NOH
R2C NOH
IV. FUNKČNÍ DERIVÁTY KYSELIN
A) AMIDY
-náhradou OH skupiny v COOH skupinami: H2N
RNH (N-alkylamidy)
R2N
(N,N-dialkylamidy)
Názvosloví
v názvu acylu příslušné kyseliny nahradíme zakončení –yl/oyl zakončením -amid
Příprava
– působením NH3 nebo primárních/sekundárních aminů na karboxylovou
kyselinu či její deriváty (halogenidy, estery, anhydridy)
O
R
NH3
O
O
R
R
ONH4
OH
NH2
+
H2O
– zahříváním kys. jantarové nebo glutarové s NH3 nebo primárním aminem
vznikají cyklické amidy tzv. imidy
O
COOH
CH2
NH3
NH
CH2
COOH
O
sukcinimid
+
2H2O
Vlastnosti
amidy -kapalné nebo krystalické látky, ve vodě málo rozpustné
imidy – krystalické látky ve vodě rozpustné
Formamid HCONH2  Dimethylformamid HCON(CH3)2
– velmi dobrá organická rozpuštědla
Salicylamid
CONH2
OH
analgetikum antipyretikum
Nikotinamid (vitamin B3)
O
NH2
N
složka koenzymů (NAD+, NADP+)
B) NITRILY
Názvosloví
RC
N
– název uhlovodíku + koncovka –nitril
př. hexannitril CH3(CH2)4 CN
– záměnou koncovky yl/oyl acylu za koncovku –onitril
– příslušný radikál + koncovka -kyanid
př.acetonitril CH3CN
CH2 CN
př.benzylkyanid
Příprava
– alkylací alkalických kyanidů alkyhalogenidy nebo estery minerálních kyselin
CH2Cl
CH2CN
+
+
NaCN
NaCl
Vlastnosti
– kapalné nebo krystalické látky, často rozpustné ve vodě
– jedovaté
– hydrolýza nitrilů vede ke vzniku amidů nebo až karboxylových kyselin
RCN
H2O
RCONH2
Adiponitril CN(CH2)4CN
H2O
RCOOH + NH3
- k výrobě nylonu
OH
C) DERIVÁTY KYSELINY UHLIČITÉ
O C
OH
Kys. karbamová
OH
NH3 + CO2
O C
NH2
karbamoylfosfát
O
2ADP +Pi
O
2ATP
O
O C
CO2 + NH4+
P O
NH2
– reakce probíhá v matrix jaterních mitochondriích
– je katalyzována karbamoylfosfátsynthasou
– 1. reakce močovinového/ornithinového cyklu
Močovina
NH2
O C
NH2
– koncový produkt močovinového/ornithinového cyklu
– ve formě močoviny se odvádí z těla savců amoniak,
který vzniká při přeměně AMK v organismu
 u ptáků má tuto funkci guanidin
NH2
HN C
NH2
Kreatinfosfát
NH
P
HN C
– hlavní energetická rezerva ve svalu
N
CH2COOH
CH3
kreatin + ATP
kreatinfosfát + ADP
Kys. barbiturová
NH2
O C
NH2
C2H5
O CO
+
- 2 C2H5OH
CH2
C2H5
barbituráty
NH CO
CO
R1
C
NH CO
CH2
kys. barbiturová
malonové
hypnotika
CO
NH CO
O CO
diethylester kyseliny
–
NH CO
R2
V. SUBSTITUČNÍ DERIVÁTY KYSELIN – AMINOKYSELINY
– podle vzdálenosti NH2 skupiny od karboxylu : ,, atd. ….aminokyseliny



R CH2CH2 CHCOOH
NH2
 - aminokyseliny: stavební jednotky bílkovin
většinou obsahují alespoň jeden asymetrický uhlík  jsou
opticky aktivní, v bílkovinách jsou L-aminokyseliny
spojováním AMK  peptidová vazba
(dipeptidy, tripeptidy…polypeptidy …. bílkoviny)
H
R CH
COOH
NH2
+
H2N CH
COOH
R
R CH
NH2
C
O
N
CH
R
kyselina p-aminobenzoová
estery – lokální anestetika
COOR
NH2
benzokain R = CH2CH3
prokain
R = CH2CH2N(C2H5)2
COOH + H2O
VI. HETEROCYKLICKÉ SLOUČENINY
– obsahují ve svých cyklech 1 nebo více heteroatomů (O, S, N)
– názvy většinou triviální
Číslování
1) heteroatom má zpravidla číslo 1
2) je-li více heteroatomů číslujeme tak, aby heteroatomy měly co nejnižší čísla
a) jsou-li heteroatomy ze stejné skupiny periodické soustavy, je na
1. místě atom prvku s nižším protonovým číslem
1
O
1,3-oxathiolan
S
3
b) jsou-li heteroatomy z různých skupin periodické soustavy, je na
1. místě prvek z vyšší skupiny
1
S
thiazol
N
3
PYRROL
H
kapalina chloroformového zápachu, na vzduchu hnědne
N
porfyrin = cyklický tetrapyrrol
4 pyrrolová jádra spojená do cyklu methinovými můstky CH
vodíkové atomy pyrrolu jsou substituovány
prekurzor hemu – protoporfyrin IX
- hem obsahuje navíc koordinačně vázané Fe2+
V
M
V
M
N
NH
HN
N
M
M
M = CH3
V = CHCH2
P = CH2CH2-COOH
P
P
protoporfyrin IX
Porfyriny: hemoglobin, myoglobin, cytochromy ……….obsahují hem
chlorofyl…protoporfyrin IX + Mg2+
vitamin B12 …korinová struktura podobná porfyrinům, iont kobaltu
Linární tetrapyrroly: žlučová barviva (bilirubin, biliverdin, urobilin,sterkobilin)
Imidazol
N
Pyridin
H
N
N
součástí AMK histidinu
součástí nikotinamidu, vit. B6
Pyrimidin
N
– součástí pyrimidinových bází (stavební složky nukleotidů)
3
N
cytosin
1
NH2
uracil
thymin
OH
OH
N
N
N
OH
N
H3C
N
OH
N
OH
Purin
– součástí purinových bází NK:
7
N
9
N
N
H
1
N
3
adenin
guanin
NH2
OH
N
N
H
N
N
N
N
H
N
N
NH2
další deriváty purinu: hypoxanthin, xanthin, kys. močová
xanthin
N
N
H
alkaloidy – kofein, theobromin, theofyllin (der. xanthinu)
O
NH
N
H
O
Thiazol
1
S
N
3
- součástí léčiv (penicilinu), vit B1
Pyrrolidin
H
N
- tvoří strukturu prolinu a hydroxyprolinu
Indol
N
H
- základem řady alkaloidů, tryprofanu