SS Thomas Schrader. der Universität Duisburg Essen. (Teil 1: Einleitung)

Transkript

1 Chemie für Biologen SS 2010 Thomas Schrader Institut tfür Organische Chemie I der Universität Duisburg Essen (Teil 1: Einleitung)

2 Lehrbücher C. Schmuck, B. Engels, T. Schirmeister, R. Fink Chemie für Mediziner Pearson Studium, Addison Wesley Verlag München, 2008 ISBN: H. P. Latscha, U. Kazmaier, H. A. Klein Chemie für Biologen 2. Aufl.,Springer Verlag, Berlin, 2005 ISBN A. Zeeck, S. Eick, B. Krone, K. Schröder C.E. Mortimer, Chemie für Mediziner Chemie, Das Basiswissen der Chemie, 6. Aufl., Urban & Fischer, München, Aufl., Thieme Verlag, Stuttgart, 2003 ISBN ISBN

3 Starthilfen S. Hauptmann EAGLE Starthilfe thilf Chemie 3. Aufl., Edition am Gutenbergplatz Leipzig, 2004 ISBN Katherina Standhartinger Chemie für Ahnungslose Hirzel, Stuttgart, 2004

4 Tutorien Auch in diesem Semester werden wieder Tutorien begleitend zur Vorlesung angeboten! Stoff: der Vorlesung und des Praktikums. Modus: Aufgabenblätter zum selber Vorbereiten Lösungsblätter zur Überprüfung und zum Nachschlagen Kleingruppen zum Üben des Vorlesungsstoffs anhand der Aufgaben. Tutoren: aus Chemie und Biologie. Infos: Newsletter und Schaukasten am Büro des Fachschaftsrates Organisation: Fachschaft Biologie (Julia Löwenstrunk)

5 Was ist Chemie? Naturwissenschaftliche Disziplin Sie befasst sich mit dem Aufbau, deneigenschaften und den Umwandlungen von Materie (Materie: alles was Masse besitzt und Raum erfüllt) Sämtliche Stoffe sind aus einfachen Bausteinen, den chemischen Elementen, aufgebaut. Die Elemente bestehen aus winzigen i Tilh Teilchen, den Atomen. Die Stoffvielfalt kommt durch das Bestreben der Atome verschiedener Elemente, miteinander Verbindungen zu bilden, zustande. Die Eigenschaften einer Verbindung resultieren aus ihrer Struktur. 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.

6 Was ist Chemie? Eines der leichteren Elemente ist der Kohlenstoff, das wichtigste Element der Organischen 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. Organische Moleküle besitzen vielfältige Strukturen und Eigenschaften. Es gibt mehr als 20 Millionen bekannte Kohlenstoffverbindungen. Die Kenntnis ihrer Eigenschaften hat ihre Verwendung als Brennstoffe, Farbstoffe, Kosmetika, Pharmaka, Kunststoffe, Fasern u.v.a. ermöglicht. Die Kenntnis der Eigenschaften organischer Moleküle eröffnet einen Zugang zum Studium von Lebensvorgängen. Ein lebender Organismus besteht aus organischen Molekülen, Wasser und bestimmten Mineralstoffen. Struktur und Funktion von Proteinen, Fetten, Zuckern, Nucleinsäuren ("genetischen" Molekülen) u.a. bestimmen unsere Gestalt, unsere Körperfunktionen und sogar unsere geistige Aktivität.

7 Warum "Chemie für Biologen"? Lebensvorgänge wie Stoffwechsel, Wachstum, Vermehrung, sinnliche Wahrnehmung (Riechen, Schmecken, Sehen), Kommunikation, Informationsspeicherung (Gedächtnis),... sind chemische Prozesse. Zu ihrem Verständnis ist es erforderlich, diese Vorgänge auf der chemischen Ebene aufzuklären: Molekularbiologie = Biologie auf molekularer (chemischer) Ebene Biochemie: Chemie der Lebensvorgänge Physiologische Chemie: Physiologie (griech.: physis = Natur). Wissenschaft von den natürlichen Lebensvorgängen der Organismen. Ökologie: Umweltwissenschaft, untersucht die Wechselwirkungen zwischen Lebewesen und Umwelt (bei uns: Water Science) Toxikologie: untersucht Gifte und ihre Wirkungsweise

8 Atmung Häm Porphyrin

9 Sehen Retinal Crystal structure of Rhodopsin: dim light photoreceptor located in the retina (Protein Data Bank)

10 Haut Fibrillen Tripelhelix von Kollagen Glycin + Hydroxyprolin

11 Organisation der querstreiften Muskulatur Muskeln

12 Nerven Neurotransmitter

13 Adrenalin Hormone

14 Blutgruppen uppe

15 DNA m RNA t RNA Protein Vererbung (Genexpression)

16 Stoffwechsel

17 Zellmembranen e e

18 Photosynthese

19 Inhalt der Vorlesung "Chemie für Biologen" A Allgemeine und Anorganische Chemie 1. Atome und Moleküle (Elemente, chemischebindung) 2. Aggregatzustände und zwischenmolekulare Kräfte 3. Chemische Reaktionen und chemische Gleichgewichte 4. Elektrolyte l (Säuren, Basen, Sl Salze) 5. Oxidation und Reduktion B Organische Chemie Stoffsystematik 6. Kohlenwasserstoffe (Alkane, Alkene, Alkine, Aromaten) 7. Monofunktionelle Verbindungen: Halogenverbindungen, Alkohole, Thiole, Ether, Sulfide, Amine, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und ihre Derivate 8. Heterocyclen 9. Polyfunktionelle Verbindungen: Aminocarbonsäuren ua u.a. 10. Stereochemie: chiraler Molekülbau, Spiegelbildisomerie, Enantiomere, Diastereomere 11.Wichtige Naturstoffklassen Kohlenhydrate, Nucleinsäuren, Aminosäuren und Terpene

20 Wo sitzen Elektronen?

21 Wie verbinden sich Atome? 1 Kovalent 1. Kovalent 2. Ionisch 3. Nichtkovalent

22 Wie beschreibt man Molekülstrukturen? 1. Strukturformeln 2. Grenzformeln 3. Konzepte

23 Welche Gruppen vermitteln die chemischen Eigenschaften?

24 Wie beschleunigt man Reaktionen?

25 Was sind D und L Aminosäuren?

26 Was sind Zucker?

27 Wie sieht unsere Erbsubstanz aus?

28 Was sind die Bausteine aller Proteine?

29 Wie macht man Peptide und Proteine?