Chemie für Mediziner

Transkript

1 Abbildungen, Formeln und Tabellen zur Vorlesung Chemie für Mediziner Paul Rademacher Institut für rganische Chemie der Universität G Essen WS 1999/2000

2 Plan der Vorlesung Chemie für Mediziner im WS 1998/99 chemed Vorlesungs- Stoff -tag 1 Anorganische und Allgemeine Chemie Was ist Chemie? Programm der Vorlesung, Literatur, Chemie und Medizin Materie Aufbau der Atome, Atomkern Elektron, Proton, eutron (ukleonen) Atomkern, Elektronenhülle Kernladungszahl, Kernmasse, rdnungszahl Isotope: stabile, instabile, Zerfall, α-, β-, γ-strahlung Element-Symbole Atommassen 2 Aufbau der Atome, Elektronenhülle rbitale: Energie, Gestalt Quantenzahlen: n, l, m, s Elektronenschalen: K, L, M, rbitale (s, p, d, f): Gestalt von s und p As Energie der As Elektronenkonfiguration, Grundzustand, angeregte Zustände Elektronenspektren 3 Periodensystem der Elemente Aufbau-Prinzip Valenzelektronen Gruppen/Perioden des PSE Edelgase, Alkali-, Erdalkalimetalle, alogene auptgruppen-, ebengruppenelemente Metalle, ichtmetalle: Eigenschaften äufigkeit der 10 wichtigsten Elemente (Gew%, Atom%) Avogadro-Konstante

3 4 Aufbau von Verbindungen aus Atomen Ionische Bindung (heteropolare Bindung) Bildung von Ionen aus Atomen Bildung ionischer Verbindungen, Beispiel: a + Cl - Struktur, Kristallgitter Coulombsches Gesetz wichtige Anionen und Kationen wichtige Salze Metallische Bindung Eigenschaften von Metallen 5 Kovalente Bindung (homöopolare Bindung) Moleküle σ- und σ*-rbitale bei 2 und e 2 Konstruktion von Ms aus As ydride: F, 2, 3, C 4 : σ(1s-2p) u. σ*(1s-2p) ktettregel, einsame Elektronenpaare Konstruktion einfacher Moleküle wie 2, 3, F, Cl 2, C 4, C 3,..., Bindigkeit der Atome 6 omoatomare zweiatomige Moleküle: Li 2 - e 2 M-Schema, σ/σ*-, π/π*-ms Elektronenkonfiguration, Bindungsordnung, Biradikalcharakter von (B 2 und) 2 Polare Bindungen: Beispiel -F, -Cl Koordinative Bindung Elektronenpaar-Donor, -Akzeptor Beispiele: 4 +, 3 +, B 4 -, 3 B- 3, 2, 2 S 4, 3 P 4, 3 formale Ladungen Komplexverbindungen [Cu( 3 ) 4 ] 2+, [Fe(SC) 6 ] 3-, [FeCl 6 ] 3-,[FeCl 6 ] 4- Chelate

4 7 Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig) Übergänge zwischen Aggregatzuständen Strukturen, rdnungszustände, Eigenschaften Flüssigkeiten: Erstarrungs-, Schmelz-, Siedepunkt Festkörper amorphe, kristalline Gittertypen, Bindungsarten, Eigenschaften Zwischenmolekulare Kräfte Ion-Ion, Ion-Dipol, Dipol-Dipol van der Waals (Atom-Atom/Molekül-Molekül) Wasserstoffbrücken ydratisierung von Ionen (hauptsächlich von Kationen) 8 Chemische Reaktionen (chemische Dynamik) Was ist eine Reaktion? Reaktionsgleichung Klassifizierung der Reaktionen Chemisches Gleichgewicht offene, geschlossene, abgeschlossene Reaktionssysteme Erhaltungssätze stöchiometrisches Rechnen Konzentration: übliche Angaben Gleichgewichtsreaktionen statisches/dynamisches (kinetisches) Gleichgewicht Ableitung des MWG Gleichgewichtskonstante K, Gleichgewichtslage, Einfluß von T, p, Konz. 9 Elektrolyte Säuren, Basen, Salze Dissoziation von Elektrolyten, Dissoziationskonstante, - Grad Säuren und Basen Definition von Arrhenius, Beispiele von Säuren und Basen, eutralisation Definition von Brönsted, Lewis gekoppelte (konjugierte) Säure-Base-Paare; Beispiele

5 10 Stärke von Säuren und Basen Dissoziation einer starken/schwachen Säure/Base p-wert, p-wert; pk S -, pk B -Wert Dissoziation von Wasser, Ionenprodukt des Wassers p + p = 14 p = ½ pk B - ½ log [B] pk S + pk B = 14 p-wert schwacher Säuren/Basen: p = ½ pk S - ½ [A] Mehrstufige Dissoziation / gekoppelte Gleichgewichte Saure und basische Salze 11 ydrolyse von Salzen, Puffer Salze aus starken/schwachen Säuren und Basen p-wert von Salz-Lösungen ydrolyse von aac und 4 Cl Puffer: enderson-asselbalch-gleichung Pufferwirkung von Ac - /Ac, Pufferbereich, Pufferkapazität 12 Säure-Base-Titration Titration, ormalität von Maßlösungen, Titrationsgrad, Äquivalenzpunkt, eutralpunkt Beispiele für Säure-Base-Titration: 1 Cl mit 1 a 1 Ac mit 1 a 1 3 P 4 mit 1 a 1 3 mit 1 Cl 1 Ac mit 1 3 Indikatoren Zwitterionen, Ampholyte

6 13 Redox-Reaktionen Reduktion/xidation: Analogie zu Säure/Base-Reaktion Redox-Paare, xidationszahl: Regeln zur Ermittlung Aufstellung von Redoxgleichungen Redox-Vermögen von Redox-Paaren Bestimmung relativer Redoxpotentiale Daniellsches Element, Galvanische Elemente, albzellen ormal-wasserstoff-elektrode ormalpotentiale elektrochemische Spannungsreihe, edle, unedle Metalle ernstsche Gleichung 14 ormalpotential und Reaktionsrichtung Redoxgleichgewichte p-abhängige Redoxsysteme eterogene Gleichgewichte 1. Gleichgewichte zwischen fester und flüssiger Phase Löslichkeit, Löslichkeitsprodukt, "Löslichkeitstheorien" Eigenschaften von Lösungen Dampfdruckerniedrigung, Siedepunkterhöhung, Gefrierpunkterniedrigung smose, osmotischer Druck, Donnanscher osmotischer Druck, Dialyse Gleichgewichte zwischen zwei flüssigen Phasen ernstscher Verteilungssatz, Verteilungskoeffizient hydrophile/-phobe; lipophile/-phobe Verbindungen 3. Verteilung eines Gases zwischen gasförmiger und flüssiger Phase enry-daltonsches Gesetz, Löslichkeitskoeffizient 4. Adsorption Chemiesorption, physikalische Adsorption 5. Ionenaustauscher Anionen-, Kationenaustauscher, Wasserentsalzung 6. Chromatographie

7 16 Reaktionskinetik (bei S 1/S 2 bringen) Reaktionsgeschwindigkeit, Geschwindigkeitskonstante, Reaktionsordnung, Reaktionsmolekularität Reaktion erster rdnung: Geschwindigkeitsgesetz, albwertszeit Arrhenius-Gleichung: Aktivierungsenergie, Frequenzfaktor, Energieprofildiagramme Katalysatoren Mehrstufenreaktionen 17 Thermodynamik Wärmetönung chemischer Reaktionen, Zustandsgrößen Reaktionswärme:,,, exo-, endotherme Reaktion Standardbedingungen: R = Produkte - Edukte Standardbildungsenthalpie Triebkraft chemischer Reaktionen Entropie: S, S, S S R = S Produkte -S Edukte Deutung Freie Enthalpie: G, G, G G R = G Produkte - G Edukte Exergonische, endergonische Reaktionen Gibbs-elmholtz-Gleichung G = - T S Zusammenhang zwischen G und K: G = -nrtlnk G = -nf E (EMK)

8 18 rganische Chemie "rganische Chemie", Abgrenzung, Sonderstellung der C-Verbindungen Übersicht, Systematik der organischen Verbindungen, homologe Reihen ybridisierung: sp 3, sp 2, sp Kohlenwasserstoffe: Aliphatische, aromatische Alkane: n-, iso-, Cyclo-, omenklatur verzweigter Ketten chemische Eigenschaften, radikalische Substitution Bicyclen, Polycyclen, Steroide Konformation von C 2 6, C Alkene: Beispiele, omenklatur, Isomerie Diene: konjugierte, isolierte, kumulierte Doppelbindungen Elektrophile Addition, Polymerisation Alkine: Beispiele 20 Aromaten: Beispiele: Benzol, aphthalin, Anthracen, Phenantren, Azulen Benzol: Mesomerie, Mesomerieenergie Elektrophile Substitution, Bromierung, itrierung Cyclisch konjugierte Kohlenwasserstoffe: Cyclobutadien, Benzol, Cyclooctatetraen π-ms von Cyclobutadien und Benzol eterocyclen: Beispiele, eteroaliphaten, eteroaromaten Pyridin/Pyrrol: Mesomerieenergie, Basizität Piperidin/Pyrrolidin: Basizität

9 21 Substituierte Kohlenwasserstoffe wichtige funktionelle Gruppen und Verbindungsklassen alogenverbindungen wichtige Beispiele, (physiologische) Eigenschaften, Verwendung ukleophile Substitution: S 1, S 2 Alkohole, Phenole: Azidität, xidation Thiole, Sulfide, Disulfide, Sulfonsäuren, Sulfonamide, Sulfonate 22 Amine Aldehyde und Ketone Additions-Kondensationsreaktionen xidations-reduktions-reaktionen Reaktionen am α-c-atom 23 Chinone, ydrochinone, Chinhydron-Elektrode Carbonsäuren Seifen: Wirkung oberflächenaktiver Stoffe, Tenside Carbonsäurederivate Veresterung, Esterhydrolyse: sauer, alkalisch mit Mechanismus Säureanhydride, Acylhalogenide, Amide, itrile, arnstoff, Barbiturate 24 Polyfunktionelle Verbindungen (allgemein) Beispiele: ydroxycarbonsäuren, Aminosäuren, Lacton- Bildung, Lactam-Bildung Chiralität: Konstitution, Konformation, Konfiguration Symmetrie und Chiralität, asymmetrisches C-Atom Spiegelbildisomerie, Enantiomere, Diastereomere Bezeichnung und bildliche Darstellung: D, L-, R, S- System 25 Verbindungen mit mehreren *C Enantiomere, Diastereomere, meso-form Zucker Aldosen, Ketosen; Triosen, Tetrosen, Pentosen, exosen, eptosen; Furanosen, Pyranosen Glucose, Fructose: α-, β-anomere Formen. Mutarotation

10 26 Chemische Reaktion von Zuckern, Beispiel Glucose xidation, Reduktion, Acetylierung; techn. Synthese von Vitamin C Glycoside Disaccharde: Saccharose, Maltose, Cellobiose, Lactose ligosaccharide: Cyclodextrine Polysaccharide: Cellulose, Stärke (Amylose, Amylopektin), Glykogen 27 ucleoside, ucleotide, ucleinsäure β-d-(2-desoxy)ribofuranose; Pyrimidin-, Purin-Basen ucleoside, ucleotide, AMP, ADP, ATP DA, RA: Struktur, Doppelhelix, genetischer Code 28 Aminosäuren, Peptide, Proteine α-aminosäuren, amphoterer Charakter, isoelektrischer Punkt Proteinogene Aminosäuren Strecker-Synthese Peptide, Peptidbindung, Merrifield-Synthese, Polypeptide, Insulin Proteine, Primär- u. Sekundärstruktur, α-elix, β- Faltblatt, globuläre Proteine

11 Chemie für Medinziner medlit Lehrbücher Empfohlenes Lehrbuch: A. Zeeck, S. Eick, B. Krone, K. Schröder, Chemie für Mediziner, 3. Aufl., Urban & Schwarzenbach, München 1997, DM 49,80. Weitere Lehrbücher: K. Beyermann, Chemie für Mediziner, 7. Aufl., Thieme, Stuttgart 1993, DM 29,80..P. Latscha,.A. Klein, Chemie für Mediziner, 7. Aufl., Springer, Berlin 1991 DM 36,00.. Wachter, A. ausen Chemie für Mediziner, 7. Aufl., de Gruyter, Berlin 1996, DM 48,00. C.E. Mortimer, Chemie, Das Basiswissen der Chemie, 6. Aufl., Thieme, Stuttgart 1996, DM 98,00 bzw. 148,00.

12 Starthilfe S. auptmann Starthilfe Chemie 2. Aufl. B. G. Teubner, Stuttgart, Seiten, DM 19,80 Es wird empfohlen, dieses kleine Buch vor Semesterbeginn vollständig durchzuarbeiten.

13 DefChem Was ist C E M I E? aturwissenschaftliche Disziplin befasst sich mit dem AUFBAU, den EIGESCAFTE und den UMWADLUGE von MATERIE (Materie: alles was Masse besitzt und Raum erfüllt)

14 einführung Kurze Einführung in die Chemie Sämtliche Stoffe sind aus einfachen Bausteinen, den Elementen, aufgebaut. Die Elemente bestehen aus winzigen Teilchen, den Atomen. Die Stoffvielfalt kommt durch das Bestreben der Atome verschiedener Elemente, miteinander Verbindungen zu bilden, zustande. Eines der leichteren Elemente, dasjenige mit der r. 6, ist Kohlenstoff, das wichtigste Element der rganischen Chemie. In organischen Verbindungen vereinigen sich Kohlenstoffatome über Kräfte, die man chemische Bindungen nennt, mit anderen Atomen zu Molekülen. Diese können ein, mehrere oder viele Kohlenstoffatome in Ketten oder Ringen sowie andere Atome wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor enthalten. rganische Moleküle besitzen vielfältige Strukturen und Eigenschaften. Es gibt mehr als 15 Millionen bekannte Kohlenstoffverbindungen. Die Kenntnis ihrer Eigenschaften hat ihre Verwendung als Brennstoffe, Farbstoffe, Kosmetika, Pharmaka, Kunststoffe, Fasern u.v.a. ermöglicht. Die Eigenschaften einer Verbindung resultieren aus der Struktur ihrer Moleküle. Die Chemie erforscht diese Zusammenhänge. Auch das Verständnis von Stoffumwandlungen hat einen hohen Stand erreicht, so daß die Suche nach nützlichen neuen Materialien planmäßig erfolgen kann. Dies ist einer der aufregendsten Aspekte der modernen chemischen Forschung. Die Kenntnis der Eigenschaften organischer Moleküle eröffnet einen Zugang zum Studium von Lebensvorgängen. Ein lebender rganismus besteht aus organischen Molekülen, Wasser und bestimmten Mineralstoffen. Struktur und Funktion von Proteinen, Fetten, Zuckern, ucleinsäuren ("genetischen" Molekülen) u.a. bestimmen unsere Gestalt, unsere Körperfunktionen und sogar unsere geistige Aktivität.

15 Inhalte der Vorlesung "Chemie für Mediziner" WS 1999/2000 A Allgemeine und Anorganische Chemie 1. Atombau und chemische Bindung 2. Aggregatzustände und zwischenmolekulare Kräfte 3. Chemische Reaktionen und chemisches Gleichgewicht 4. Elektrolyte (Säuren, Basen, Salze) 5. Reduktion und xidation 6. eterogene Gleichgewichte (Lösungen, Adsorption, Chromatographie) 7. Reaktionskinetik und Thermodynamik B rganische Chemie 8. Kohlenwasserstoffe (Alkane, Alkene, Alkine, Aromaten) 9. eterocyclen 10. alogenverbindungen 11. Alkohole, Phenole, Thiole, Sulfide, Sulfonsäuren, Sulfonamide 12. Amine 13. Aldehyde, Ketone, Chinone 14. Carbonsäuren, Seifen, Carbonsäurederivate 15. Polyfunktionelle Verbindungen: Aminocarbonsäuren u.a. 16. Chiraler Molekülbau, Spiegelbildisomerie, Enantiomere 17. Zucker, Mono-, Di-, Polysaccharide 18. Glycoside, ucleotide, ucleinsäuren 19. Aminosäuren, Peptide, Proteine 20. Steroide, Alkaloide

16 Beispiele Isotope isotope ame/ Element Zusammensetzung Masse rdnungszahl Wasserstoff 1p + 1e 1 1 Deuterium 1p + 1n + 1e 2 1 Tritium 1p + 2n + 1e 3 1 Kohlenstoff-12 6p + 6n + 6e 12 6 Kohlenstoff-13 6p + 7n + 6e 12 6 Kohlenstoff-14 6p + 8n + 6e 12 6 Chlor-35 17p + 18n + 17e Chlor-37 17p + 20n + 17e Symbol natürl. äufigkeit % 2 = D 0.01 % 3 = T *) 12 C 98.9 % 13 C 1.1 % 14 C *) 35 Cl 75 % 37 Cl 25 % *) instabil = radioaktiv Mittlere Atommasse (Beispiele) Wasserstoff: % % Kohlenstoff: 98.1 % 12 C % 13 C C Chlor: 75 % 35 Cl + 25 % 37 Cl Cl (75 x x 37)/100 = 35.45) Bezugsmasse der relativen Atommassen: 1/12 12 C

17 -Z-Diagramm für die heute bekannten uklide uklide Die stabilen Kerne sind durch Punkte gekennzeichnet; für kleine Kerne gilt nahezu = Z, bei größeren Kernen > Z. = Anzahl der eutronen Z = Anzahl der Protonen α β - Z= β +,EC Z

18 Elektronenhülle der Atome elektr rbitale: Gestalt, Energie 4 Quantenzahlen n auptquantenzahl ~ Energie des rbitals n = 1, 2, 3, 4,... l ebenquantenzahl ~ Gestalt des rbitals l = 0, 1, 2,..., n-1 m magnetische Quantenzahl ~ räumliche rientierung des m = -l, -l+1,..., 0,..., l-1, l rbitals s Spinquantenzahl ~ Drehimpuls des Elektrons s = 1/2, +1/2 Die Elektronen eines Atoms müssen sich in mindestens einer Quantenzahl unterscheiden. Da s nur die Werte +1/2 und +1/2 annehmen darf, kann jedes rbital maximal zwei Elektronen aufnehmen.

19 Elektronenschalen und Atomorbitale As n = 1 K-Schale l = 0 s-rbital (kugelsymmetrisch) m = 0 s = -1/2 oder +1/2 Die K-Schale besteht aus einem s-rbital. Sie kann maximal 2 Elektronen aufnehmen. n = 2 L-Schale l = 0 s-rbital oder l = 1 p-rbitale (hantelförmig) m = s = -1/2, +1/2-1/2, +1/2-1/2, +1/2-1/2, +1/2 Die L-Schale besteht aus einem s-rbital und drei p-rbitalen. Sie kann maximal 8 Elektronen aufnehmen. n = 3 M-Schale l = (d-rbitale) m = 0-1, 0,+1-2,-1, 0,+1,+2 s = -1/2, +1/2 jeweils -1/2, +1/2 Die M-Schale besteht aus einem s-rbital (l = 0) drei p-rbitalen (l = 1) und fünf d-rbitalen (l = 2) Sie kann max. 18 Elektronen aufnehmen.

20 n = 4 -Schale Die M-Schale besteht aus einem s-rbital (l = 0) drei p-rbitalen (l = 1) fünf d-rbitalen (l = 2) und sieben f-rbitalen (l = 3) Sie kann max. 32 Elektronen aufnehmen.

21 rbital-energieniveaus der 1s- bis 8s-Elektronen (nicht maßstabgetreu) AEnergie Energie 8s 7s 6s 5s 7p 6p 5p 6d 5d 4d 5f 4f 4s 4p 3d 3s 3p 2p 2s 1s s- p- d- f- Elektronen

22 IEAtome Ionisierungsenergie der Atome IE / ev e e Ar Kr Xe Rn 5 Li a K Rb Cs Fr rdnungszahl des Elements

23 EAAtome Elektronenaffinität der Atome EA / ev -1 0 B 10 Al Rb a Ga Li K F Cl Br I rdnungszahl des Elements

24 Molekülorbitale des C 4 -Moleküls C4Ms 2 z 1 y x 4 3 a 1 t 2x t 2y t 2z

25 Zwischenmolekulare Kräfte Zwischenmol Wichtig zur Beschreibung von Feststoffen, Flüssigkeiten, Lösungen, chemischen Reaktionen, molekularer Erkennung,... Wechselwirkung zwischen verschiedenen, nicht kovalent mit einander verbundenen Teilchen (Atomen, Ionen, Molekülen) Teilchen Art der Kraft Beispiel Wechselwirkung Ion Ion elektrostatisch ~1/r 2 a + Cl - Coulomb-Gesetz Ion Dipol elektrostatisch ~1/r 3 solvatisierte Ionen wässrige Kochsalz- Lösung Dipol Dipol elektrostatisch ~1/r 4 flüssiges Ammoniak Atom Atom Molekül van der Waals-Kräfte ~1/r 6 flüssiges/festes Edelgas flüssiger/fester Molekül Wasserstoff Benzol

26 Titration 12 p Titrationsgrad Titration von Cl mit a 20 ml 0.1 Cl verdünnt auf 200 ml Maßlösung: 0.1 a

27 Ausgewählte funktionelle Gruppen funktgr Funktionelle Gruppe ame Stoffklasse C Alkane (Paraffine) C C C,C-Doppelbindung Alkene (lefine) C C C,C-Dreifachbindung Alkine -al (F, Cl, Br, I) alogen- Fluor-, Chlor-, Brom-, Iodkohlenwasserstoffe - ydroxy- Alkohole, Phenole -R Alkoxy- Ether -S Thiol- Thiole (Mercaptane) - 2 Amino- Amine - 2 itro- itroverbindungen, z.b. itromethan C Carbonyl- Aldehyde, Ketone C Imino- Imine Carboxyl- Carbonsäuren C Alkoxycarbonyl- Ester C R Carboxamid- Amide C 2 C itril- itrile (Cyanide)

28 konst Konstitution, Konformation, Konfiguration C 3 C 3 3 C 3 C C 3 3 C C 3 3 C C 3 a b c Konstitution (a), Konfiguration (b) und bevorzugte Konformation (c) von ( )-Menthol In vielen Fällen unterscheiden sich Konfigurationsisomere dadurch, daß sie sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, die nicht zur Deckung gebracht werden können; man bezeichnet sie dann als Enantiomere. Voraussetzung für das Auftreten von Enantiomeren ist das Vorliegen von Chiralität. Alle anderen Konfigurationsisomeren sind Diastereomere, z. B. die bei Doppelbindungen oder an alicyclischen Ringen auftretenden E/Z- oder cis-trans-isomeren. 5 C 5 C 6 6 Br C C C C Br (E ) (Z ) Konfigurationsisomere von (2-Bromethenyl)-benzol (β-bromstyrol)

29 enant Enantiomere mit unterschiedlichen physiologischen Eigenschaften S R bitter Asparagin süß C 3 C 3 3 C C 2 Limonen 2 C C 3 Geruch nach Zitronen Geruch nach rangen Contergan extrem teratogen nicht teratogen

30 Fischer-Projektion oc2fp C= C= D-Form D(+)-Glycerinaldehyd R C 2 C 2 D = Dexter C= C= L-Form L(-)-Glycerinaldehyd S C 2 C 2 L = Laevus D,L-System (E. Fischer 1891) nur anwendbar auf Verbindungen des Typs R-CX-R' Waagerechte Striche: Bindungen zeigen nach vorn Senkrechte Striche: Bindungen zeigen nach hinten Die C-Kette wird senkrecht angeordnet Das C-Atom mit der höchsten xidationsstufe steht oben Die D,L-Kennzeichnung richtet sich nach dem untersten *C Diastereoisomere werden i.d.r. mit Trivialnamen unterschieden

31 Konfigurations-omenklatur C1-23 R,S-System nach Cahn, Ingold, Prelog (CIP) 1) Die vier Substituenten am Asymmetriezentrum werden gemäß den Sequenzregeln nach ihrem Rang geordnet. a > b > c > d 2) Das Molekül wird von der Seite aus betrachtet, die dem Substituenten mit dem niedrigsten Rang (d) abgewendet ist. 3) Entspricht die Reihenfolge der Substituenten a,b,c einer Rechtsdrehung (Uhrzeigersinn), so erhält das Zentrum das Symbol R, Linksdrehung (Gegenuhrzeigersinn), so erhält es das Symbol S. R von lat. rectus = rechts S von lat. sinister = links a d a d b c c b S R

32 Polysaccharide polysacc Cellobiose-Einheit C 2 4 C C 2 1 n C 2 Cellulose ca Glucose-Einheiten, β(1,4)-glucosidisch verknüpft C 2 C 2 C 2 C C C 2 1 Amylose Amylopektin Stärke/Glykogen Die Glucose-Moleküle sind α(1,4)- und α(1,6)-glucosidisch verknüpft Stärke besteht aus ca. 80 % Amylopektin (ca Glucose-Einheiten) und ca. 20 % Amylose (ca Glucose-Einheiten) Glykogen entspricht strukturell dem Amylopektin, ist aber stärker verzweigt, besteht aus bis zu Glucose-Einheiten.

33 Inulin (Polysaccharid) C 2 C 2 C 2 C 2 n C 2 Inulin ist ein lineares Polyfructosan mit ca Fructose-Einheiten in β(2,1)- glykosidischer Bindung, die in der furanosiden Form vorliegen. Wahrscheinlich wird die Kette von Glucose (Gesamtanteil 2 3%) abgeschlossen. Inulin findet sich allein oder zusammen mit Stärke als Reserve-Kohlenhydrat in Dahlienknollen, Artischocken, Topinamburknollen, Zichorienwurzeln, Löwenzahnwurzeln u. a. Inulin wurde erstmals von Rose 1804 aus dem Rhizom von Inula helenium (ame!) isoliert. Mit ilfe von Säuren oder Enzymen (Inulase) wird Inulin vollständig zu Fructose abgebaut und kann zur Gewinnung von Fructose und zur Bereitung von Brot für Zuckerkranke (Diabetikerbrot) sowie zur ierenfunktionsprüfung verwendet werden.

34 nucs Adenin 2 Guanin Cytosin 2 Uracil 2 5 ' C 2 3' 2' Ribonucleoside Adenin Guanin Thymin 2 2 Cytosin 2 3 C 5' C 2 3' 2' Desoxyribonucleoside

35 ucleosidanaloga in der AIDS-Therapie medhiv2 Didanosin 2 C 2 S Lamivudin C 3 2 C 3 Zidovudin

36 rganische Verbindungen orgverb Struktur ame Wichtige Eigenschaften und Reaktionen -C-C-C- Alkan radikalische Substitution z.b. mit Cl 2 im Licht, Verbrennung zu 2 und C 2 >C=C< Alken elektrophile Addition z.b. von Br 2 zum Dibromalkan, katalyt. ydrierung, Polymerisation, cis-trans-isomerie, isolierte, konjugierte, kumulierte Doppelbindungen Aromat cyclische Konjugation, Mesomerie, (4n+2)π-Elektronen, elektrophile Substitution z.b. itrierung, ortho-, meta-, para-disubstituierte R-al (R=F, Cl, Br, I) R- alogenalkan (Alkylhalogenid) Alkohol Benzolderivate nucleophile Substitution S 1, S 2 Eliminierung von -al mit Base Etherbildung, Veresterung, Eliminierung von 2, xidation: prim. R- Aldehyd Carbonsäure sek. R- Keton tert. R- wird nicht oxidiert schwache Säure Ar- Phenol (aromatischer Alkohol) R-S Mercaptan, Thiol xidation zum Disulfid R-S-R' Sulfid, Thioether ydrolyse zu R- + SR' R-S-S-R Disulfid Reduktion zum Thiol R--R' Ether, Äther R R' gemischter Ether R- 2 prim. Amin Diazotierung, Desaminierung bzw. Azokupplung R 2 sek. " (schwache itrosierung zum itrosamin R 2 - R 3 tert. " Basen) R 4 + X - quart. instabil gegen Alkali Ammoniumverbindung R- 2 itroverbindung Reduktion zum primären Amin R-S 3 Sulfonsäure starke organ. Säure, Salz = Sulfonat, Veresterung R-S 2-2 Sulfonamid R-C Aldehyd xidation zur Carbonsäure Carbonyl-Reaktionen, Aldoladdition, -kondensation R 2 C= Keton Reaktionen von Carbonylverbindungen s.u. Chinon Reduktion zum ydrochinon R-C Carbonsäure Salzbildung mit starken Basen Carboxylat-Ion, Veresterung mit Alkoholen R-CR' Carbonsäureester Esterhydrolyse: sauer = katalyt. Reaktion alkalisch = Verseifung

37 Struktur ame Wichtige Eigenschaften und Reaktionen C 2 -CR C-CR' C 2 -CR'' R-C R-C R-CCl Fett = Fettsäureglycerinester Carbonsäureanhydrid Acylchlorid Verseifung ydrolyse zu 2 R-C Acylierungsmittel: + R Ester + R- 2 Amid ydrolyse zu R-C + Cl R-C 2 Carbonsäureamid ydrolyse zu RC + 3 R-C itril ydrolyse zu RC + 3 R-C R mit ydroxycarbonsäure innere Veresterung zum Lacton: R-C R mit 2 Aminocarbonsäure innere Amidbildung zum Lactam: R-*C-C 2 α-aminosäure Ampholyt, Elektrophorese, isoelektr. Punkt, natürl. vorkommende: zumeist L-Konfig. an *C, Chiralität, Bildung von Peptiden u. Proteinen C n ( 2 ) n Kohlenhydrate, Zucker mit -C: Aldose, mit >C=: Ketose Bildung von albacetal bzw. -ketal Bildung von Glykosiden, Di-, Tri-, Polysacchariden R- 2 aliphat. > R Carbeniumion > R Diazoniumion Ar- 2 aromat. Diazoniumion Azokupplung mit aromat. Aminen und Phenolen zu Azoverbindungen R-=-R Azoverbindung mit R = Aryl: Farbstoffe

38 Reaktionen von Aldehyden und Ketonen R' R' R-C + R' R-C- albacetal > R-C Acetal R' - 2 R' R R R'' R R'' C= + R'' C albketal > C Ketal R' R' R'' - 2 R' R'' R R C= + 2 -R'' > C=-R'' Imin R' - 2 R' R R C= + 2 > C=- xim R' - 2 R' R R C= + 2 -R'' > C=-R'' ydrazon R' - 2 R'

39 MEKLATUR RGAISCER VERBIDUGE Funktionelle Verbindungsklasse Gruppe -al alogen- alogenkohlenwasserstoffe - ydroxy- Alkohole, Phenole -R Alkoxy- Ether -S Thiol- Thiole, Mercaptane -SR Sulfide, Thioether -S-S-R Disulfide -S 3 Sulfo- Sulfonsäuren - 2 Amino- Amine - 2 itro- itroverbindungen >C Carbonyl- Aldehyde, Ketone >C=R Imino- Imine, Schiffsche Basen -C Carboxy- Carbonsäuren -C-R Alkoxycarbonyl- Carbonsäureester -C-SR Thioester -C-R 2 Aminocarbonyl- Amide -C Cyan-, itril- itrile Präfixe für Substituenten und Atomgruppen Gruppe ame Gruppe ame C 3 - Methyl- C 6 5 -C 2 - Benzyl- -C 2 - Methylen- R-C- Acyl- C 3 -C 2 - Ethyl- z.b. -C- Formyl C 3 -C 2 - n-propyl-, (1- C 3 -C- Acetyl- C 2 - Propyl)- (C 3 ) 2 C- Isopropyl-, (2- C 6 5 -C- Benzoyl- Propyl)- (C 3 ) 3 C- tert.butyl- R-C-C- α-aminoacyl- = Cyclohexyl- 2 C = C Phenyl-