Základy organické chemie Jaromír Litera k Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Polyhydroxyaldehydy (aldosy) nebo poly hydroxy ketony (ketosy) CHO CH2OH H-C-OH C=0 HO-C-H HO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH2OH CH2OH D-glukosa D-fruktosa Nejjednoduššími sacharidy jsou dihydroxyaceton a glyceraldehyd (C3H6O3), monosacharidy obsahující více než 7 atomů uhlíku jsou nestálé. Dříve také uhlovodany. glukosa C6H1206 = C6(H20)6 sacharosa Ci2H220n = Ci2(H20)n Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy ŕ V Monosacharidy Oligosacharidy 2-10 monosacharidů 1 Polysacharidy v. Cukry J Saccharum - lat. cukr Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Označení monosacharidň -tri- aldo- -tetr- -pent- -osa keto- -hex- -hept- 1pHO H-2p-OH H-3p-OH H-4C-OH 5CH2OH aldopentosa 1pHO H-2p-OH HO-3p-H H-4p-OH H-5p-OH 6CH2OH aldohexosa 1CH2OH 2p=o HO-3p-H H-4p-OH H-5p-OH 6CH2OH ketohexosa D-ribosa D-glukosa D-fruktosa Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Sacharidy obsahují řadu center chirality a až na výjimky jsou chirální. Ke znázornění prostorového uspořádání cukrů se historicky používá Fischerova projekce: X W CHO i Hlll9^CH2OH OH D-glyceraldehyd CHO H^OOH ČH2OH Fischerova projekce CHO H OH CH2OH Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Podle konfigurace centra chirality nejvzdálenějšího od karbonylu dělíme monosacharidy na d- a l-monosacharidy (cukry). CHO H- OH H2C-OH D-glyceraldehyd CHO HO- ■H H2C-OH L-glyceraldehyd V živé přírodě dominují d-cukry. d- a l-sacharidy nesoucí stejný název jsou enantiomery: CHO hi- hi- H- OH OH OH CH2OH D-ribosa HOHO- CHO ■H HO- H H-HO-H- CHO -OH -H ■H CH2OH L-ribosa OH 1 1 1 1 vJn CH2OH D-glukosa HO-H- CHO ■H HO- i i MvJ 1 1 OH -H CH2OH L-glukosa Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Epimery - sacharidy, které se liší pouze konfigurací na jednom stereogenním centru. CHO HO- HO-hi- hi- H -H OH OH CH2OH D-mannosa CHO H- HO-H- H- OH ■H OH OH CH2OH D-glukosa Monosacharidy mohou tvořit pěti- nebo šestičlenné cyklické poloacetaly: H ^~ O O H Rovnováha je posunuta ve prospěch poloacetalu Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Cyklické formy monosacharidů můžeme považovat za deriváty tetrahydrofuranu (furanosy) a tetrahydropyranu (pyranosy). tetrahydropyran tetrahydrofuran Haworthovy vzorce - perspektivní vzorce užívané pro znázornění sacharidů. U pyranos umístíme atom kyslíku v cyklu vždy vpravo nahoru (furanosy nahoru), atomy řetězce jsou pak uspořádány v cyklu po směru pohybu hodinových ručiček podle stoupajících pořadových čísel. Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Odvození Haworthova vzorce ze vzorce otevřené formy aldosy: H-HO-H- H- CHO -OH -H OH OH CH2OH D-glukosa Y/OH C |\OH HO V H C-CH2OH H H C Óh c=o C l\OH H I C-CH2OH C H I c=o rotace o 120c CH2OH I C-OH H/l H I/ H l C C=0 Hi\?H V HU c—c H OH H OH Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Odvození Haworthova vzorce ze vzorce otevřené formy aldosy: ho ch2oh i c-oh V/h c v oh h \l 1/ — c h I c = 0 tvorba acetalu h ho ch2oh —o h oh h C i h h oh oh h oh D-glukopyranosa Adicí-OH skupiny na karbonyl mohou vzniknout dva anomery - stereo i so m e ry, které se liší orientací nově vzniklé poloacetalové -OH skupiny: ch2oh h ho ch2oh -o h oh h h oh h ho ■o h oh h \oh N h h oh oc-D-glukopyranosa h oh ß-D-glukopyranosa Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Odvození Haworthova vzorce ze vzorce otevřené formy ketosy: HO-H-H- CH2OH i C=0 H OH OH CH2OH CH2OH OH CH2OH l c=o c I HO 1/ -C l OH H HOH2C O CH2OH H^ ,H HO/ OH OH H Zjednodušený zápis: CH2OH -O \ nJ oc-D-glukopyranosa Mutarotace - změna zastoupení anomerů ve směsi, která je doprovázena změnou optické otáčivosti. Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Vlastnosti monosacharidů: • Krystalické látky dobře rozpustné vodě, špatně rozpustné v organických rozpouštědlech. • Vykazují reaktivitu alkoholů i aldehydů a ketonů (některé reakce aldehydové skupiny mohou být ale velmi pomalé). Estery monosacharidů: H HO CH2OH -O H OH H H O II O-P-OH H OH I OH oc-D-glukopyranosa-1 -fosfát OH i HO-P-0-CH2 n 0 H HO ■O H OH H H OH H OH oc-D-glukopyranosa-6-fosfát Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Estery monosacharidů: o o x x H3C O CH3 nadbytek pyridin CH3 O O. O- ß-D-glukopyranosa "O ^CH3 V-O + 5 CH3COOH H3C^ m O o o o^; )=o CH3 H3C penta-O-acetyl-ß-D-glukopyranosa Ethery monosacharidů: Nelze uskutečnit Williamsonovu syntézu, sacharidy netolerují silnou bázi, H3C-l nadbytek Ag20 HO OH oc-D-glukopyranosa O CH3 V-o' + 5 Agl O 0-CH3 CH3 methyl-2,3,4,6-tetra-0-methyl-a-D-glukopyranosid Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Tvorba glykosidů: Glykosidy vznikají substitucí poloacetalové -OH skupiny nukleofilem OH HO- OH OH O j- OH H3C-OH^ HCl HO- HO OH ß-D-glukopyranosa O CH- j- O + HO- HO ÓH O CH3 >-0 HO OH 33 % 67 % methyl-ß-D-glukopyranosid methyl-a-D-glukopyranosid Také A/-glykosidy: HO OH HO OH Cukr (pentosa) + báze = nukleosid Cukr (pentosa) + báze + fosfát = nukleotid Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Redukce sacharidů: Redukcí aldos a ketos vznikají cukerné alkoholy. HO OH (3-D-glukopyranosa H- HO-hi- hi- OH -H ■OH OH CH2OH D-glukosa NaBH4 H20 H O-H- HO-H- H- H OH -H OH OH CH2OH D-glucitol Oxidace sacharidů: Oxidací aldehydové skupiny u aldos vznikají aldonové kyseliny. H^.0 HO^O oxidace ^ •A/W vAAA/ aldosa aldonová kyselina Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Ck.OH H--OH Br2 HO--H H20 H--OH pH = 6 H--OH CH2OH D-glukonová kyselina Některá činidla jsou schopná oxidovat aldosy i ketosy: • Tollensovo činidlo - [Ag(NH3)2]+. • Fehlingovo činidlo - vodný roztok Cu2+ a vinanu sodného. • Benedictovo činidlo - vodný roztok Cu2+ a citrátu sodného. Reakce s těmito činidly vede k precipitaci Ag nebo CU2O - odlišení redukujících aldos a ketos od glykosidů a nered u kujících oligo- a polysacharidu. Oxidace sacharidů: H- HO-hi- hi- OH -H ■OH OH CH2OH (3-D-glukopyranosa D-glukosa Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Oxidace sacharidů: Oxidace silnými oxidačními činidly (HNO3) vede k oxidaci primární-OH skupiny - z aldos vznikají aldarové kyseliny. H- HO-H- H- O^OH OH -H H- NHO3 OH ■OH H20 AT HO-H- H- ß-D-glukopyranosa CH2OH D-glukosa OH -H OH OH O^OH D-glukarová kyselina Selektivní oxidací primární-OH skupiny vznikají uronové kyseliny. HOOC HO OH glukuronová kyselina Konjugace s produkty metabolismu cizorodých látek, součást hyaluronové kyseliny. Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Kilianiho-Fischerova reakce: Prodloužení řetězce o jeden atom uhlíku. Reakce poskytne oba epimery. Heinrich Kiliáni: CN CN aldosa KCN HCN HO- ■H + H- OH vAAAA oba stereoisomery Hermann Emil Fischer: CN CN HO- H + H- OH «A/VAA 1. H2Q, AT 2. Na(Hg)x O* .H O* H HO- H + H- ■OH »AAAA Modernější provedení: oba epimery aldosy N m C HO- ■H H; Pd / BaS04 H20 H HO- ■H H20 °*cH HO- ■H »AAAA Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Kilianiho-Fischerova reakce: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CHO OH OH OH CH2OH D-ribosa Kiliani-Fischer 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CHO OH OH OH OH CH2OH D-allosa + HO-H-H-H- CHO -H OH OH OH CH2OH D-altrosa Wohlova degradace: Opak Kilianiho-Fischerovy reakce - zkrácení aldosy o jeden uhlík. 0.C,H N m C HO- H HO- *AAAA H báze + QCN Reakce poskytuje typicky nízké výtěžky. Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Wohlova degradace: H- HO-H- H- CHO -OH -H -OH OH CH2OH D-glukosa NH2OH -H20 H- HO-H- H- OH i H ,N OH -H OH OH CH2OH Ac20 H"aH N H HO-H- H- *3 H- ■H OH OH CH2OH G:Q-CH3 -GCN HO-H- CH3OH |_|. ■H -OH -OH ÓH2OH D-arabinosa Epimerace: H- HO-H- H- OH -H OH OH CH2OH D-glukosa NaOH H20 HO HO-H- H- H ^OH ■H -OH -OH ÓH2OH HoO H- HO-H- H- OH -H ■OH ■OH CH2OH D-glukosa + HO-HO-H- H- ■H ■H ■OH ■OH CH2OH D-mannosa + HO-H-H- CH2OH C=0 -H -OH -OH CH2OH D-fruktosa epimery Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy D-Glukosa - dextrosa, hroznový cukr. Primární produkt fotosyntézy: 6C02 + 12H20 C6H1206 + 6 H20 + 6 02 V roztoku 99 % jako pyranosa, necyklická molekula se podílí 0,25 % a furanosy vytvářejí zbytek. H- HO-hi- hi- OH -H OH OH CH2OH D-glukosa H20 + oc-D-glukopyranosa 36% (3-D-glukopyranosa 64% Jaromír Literák Základy organické chemie D-Galaktosa - gálaktos - řecky mléko. °YH H--OH HO--H HO--H H--OH CH2OH Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy D-Ribosa a 2-deoxy-D-ribosa hi- hi- H- HO. OH OH OH OH OH OH CH2OH D-ribosa (3-D-ribofuranosa H- H- H- H OH OH CH2OH 2-deoxy-D-ribosa HO. ^ OH OH 2-deoxy-(3-D-ribofuranosa D-Glukosamin D-glukosamin Jaromír Literák Základy organické chemie Disacharidy, oligo- a polysacharidy vznikají spojení monosacharidů glykosidickou vazbou (poloacetalová -OH jednoho sacharidu nahrazena kyslíkem -OH skupiny druhého sacharidu - vzniká acetal). Maltosa - sladový cukr, disacharid vznikající hydrolýzou škrobu. Spojení dvou a-D-glukopyranos 1—>4 glykosidovou vazbou. Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Celobiosa - disacharid vznikající hydrolýzou celulosy. p-D-glukopyranosa + p-D-glukopyranosa celobiosa Spojení dvou /3-D-glukopyranos 1—>4 glykosidovou vazbou Laktosa - mléčný cukr. (3-D-galaktopyranosa + p-D-glukopyranosa laktosa Spojení /3-D-galaktopyranosy a /3-D-glukopyranosy 1—>4 glykosidovou vazbou Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Sacharosa - řepný (třtinový) cukr. oc-D-glukopyranosa + (3-D-fruktofuranosa sacharosa Sacharosa je neredukující cukr, také nepodléhá mutarotaci Jaromír Literák Základy organické chemie Cyklodextriny - cyklické oligosacharidy z 7 až 32 a-D-glu kopy ra nosových jednotek. a-cyklodextrin (6 molekul glukosy), /3-cyklodextrin (7 molekul glukosy), 7-cyklodextrin (8 molekul glukosy). OH OH Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Cyklodextriny - váží lipofilní molekuly do své kavity, vnějšek molekuly je hydrofilní. Chirální molekula. Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Celulosa - lineární homopolymer složený z /3-D-glukopyranos spojených 1—>4 glykosidovou vazbou. V řetězci 7 000 až 12 000 gl u kosových jednotek. Mezi řetězci cel u losy vznikají silné vodíkové vazby - strukturní funkce cel u losy. OH (3-D-glukopyranosa celulosa Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Škrob - větvený homopolymer složený z a-D-glukopyranos. Zásobní polysacharid rostlin. Skládá se z: • Amylosy - lineární část (1—>4 vazby), tvoří asi 20 % škrobu. Nerozpustná ve studené vodě. • Amylopektinu - větvená část (1—>4 a 1—»6 vazby). Větvení každých cca 25 gl u kosových jednotek. HO amylosa oc-D-glukopyranosa Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Jaromír Literák Základy organické chemie Glykogen - větvený homopolymer složený z až 100 000 a-D-g\u kopyra nosových jednotek. Zásobní polysacharid živočichů. Strukturou podobný amylopektinu (1—>4 a 1—»6 vazby), větvení co 8-12 jednotek. Chitin - strukturní polymer některých živočichů. Složen z A/-acetyl-D-glu kosa mi nových jednotek spojených >4) glykosidovými vazbami. Strukturou podobný celulose. OH Jaromír Literák Základy organické chemie acharidy Agarosa - nevětvený polysacharid složený z disacharidu agarobiosy, která obsahuje D-galaktopyranosu a 3,6-anhydro-L-galaktopyranosu spojené a-(l—>3) a >4) glykosidové vazby. Část -OH skupin je methylová na, vázána v acetalu s pyrohroznovou kyselinou a esterifikována kys. sírovou. Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Pektin - heteropolysacharid, hlavní složkou je D-galaktouronová kyselina, dále D-xylosa, D-galaktosa, L-arabinosa.. . Asi 80 % karboxylových skupin je esterifikováno methanolem. OH COOK OH D-galakturonová kyselina COOH H— -o H H OH H OH ■-H -■n Nachází se v buněčných stěnách rostlin. Jaromír Literák Základy organické chemie Sacharidy Hyaluronová kyselina - polysacharid složený z pravidelně se střídajících jednotek kyseliny D-glukuronové a /V-acetyl-D-glukosaminu, které jsou spojeny >4) a >>3) glykosidovými vazbami. Jedna z hlavních složek mezibuněčné hmoty. Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 1 Nakreslete vzorec a-d-talopyranosy v Haworthově projekc h^o hohohó-h- h h h -oh ch2oh D-talosa ■v Řešení: Jaromír Literák Základy organické chemie Překreslete perspektivní vzorec /3-d-aItropyranosy do Haworthovy projekce a nakreslete také Fischerovu projekci d-altrosy. OH H P-D-altropyranosa CH2OH Jaromír Literák Základy organické chemie Překreslete perspektivní vzorec /3-d-aItropyranosy do Haworthovy projekce a nakreslete také Fischerovu projekci d-altrosy. Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 3 Nakreslete vzorec sacharidu, který vznikne Wohlovou degradací d-idosy. HOHO-hi- hi- H H OH OH CH2OH D-idosa ■v Rešení: Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 4 Nakreslete vzorce sacharidů, které vzniknou z d-lyxosy Kilianiho-Fischerovou reakcí. HOHO-H- H H -OH ČH2OH D-lyxosa ■v Řešení: Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Sloučeniny, jejichž základem je uhlovodíkový cyklus, v němž jeden nebo více atomů uhlíku je nahrazeno heteroatomem. Mnoho přírodních látek: Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Heterocykly často nesou historické triviální názvy: N i H pyrrol O furan o thiofen O N i H imidazol Q i H pyrrolidin pyridin H i H piperidin pyrimidin indol N v "O" 4/-/-pyran ■ N N H purin Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Při číslování heterocyklu se obecně snažíme nejnižší lokanty přidělit heteroatomům. Pořadí priorit mezi heteroatomy: O > S > N. 4 Některé heterocykly mají stanovené číslování: 7 H 3 H >8 Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyk Jické sloučeniny Hantzschův-Widmanův systém - tvorba systematických názvů monocyklických heterocyklů. Název heterocyklu se tvoří z předpony, která udává druh heteroatomu (pro dusík aza-, pro kyslík oxa-, pro síru thia-) a z kmene názvu, který vyjadřuje počet atomů v cyklu a stupeň nasycenosti sloučeniny. Počet atomů Heterocykly obsahující atom dusíku Heterocykly neobsahující atom dusíku v cyklu Nenasycené Nasycené Nenasycené Nasycené 3 -irin -iridin -iren -iran 4 -et -etidin -et -etan 5 -ol -olidin -ol -olan 6 -in -inan -in -an 7 -epin -epan -epin -epan 8 -ocin -okan -ocin -okan 9 -onin -onan -onin -onan 10 -ecin -ekan -ecin -ekan Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Hantzschův-Widmanův systém Nenasycené heterocyklické sloučeniny mají ve svém cyklu maximální počet nekumulovaných dvojných vazeb. Například dvě dvojné vazby v pětičlenném cyklu nebo tři dvojné vazby v cyklu šestičlenném. Příklady: o O furan (oxol) o N i H pyrrol (azol) pyridin (azin) N N pyrazin (1,4-diazin) O oxiran H i N LA aziridin H ■N u azetidin oxolan 2 1,2,4-triazin 4 .S. 1 N3 1 5^ #N2 4N 1 5C 72 s3 1,4,3-oxathiazin 1,2,4-thiadiazol 1,3-oxathiolan Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Vlastnosti a reaktivita heterocyklů reakce typické pro ethery reakce typické pro aminy n I H Pětičlenné aromatické heterocykly podobnost s benzenem -► H i podobnost s dieny Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Pětičlenné aromatické heterocykly Aromatická sloučenina Delokalizační energie/(kJ mol 1) Benzen 151 Thiofen 121 Pyrrol 92 Furan 67 Rezonanční struktury thiofenu, pyrrolu a furanu: X = S, O, N Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Pětičlenné aromatické heterocykly Při elektrofilní aromatické substituci elektrofil vstupuje přednostně do pozic 2 a 5. Pyrrol (a další pětičlenné aromatické heterocykly) je nestabilní v přítomnosti kyselin - dochází k polymeraci. polymerace Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Pro elektrofilní substituce se používají nekyselá činidla. Cl i i i i H H H f~\ HN03/Ac20^ f\ H í Á^NCbl H -10°C Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Porfin - aromatický 7r-systém s 18 elektrony obsahující 4 cykly pyrrolu. Porfyriny - deriváty porfinu. porfin hem Jedna z metod přípravy: Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Produktem metabolismu hernu jsou bilirubin a biliverdin: HOOCH2CH2C redukce CH=CH2 HOOCH2CH2C HOOCH2CH2C CH3 biliverdin CH=CH2 HOOCH2CH2C CH3 bilirubin Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Pyridin - šestičlenný aromatický heterocyklus. Elektronový pár atomu dusíku není v konjugaci h Atom dusíku odčerpává elektronovou hustotu z atomů uhlíku :n0 Pyridin je zásadou e 'N1 pKb = 8,8 H ©N i H Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Pyridin může vystupovat také jako nukleofil nebo Lewisova zásada ©N o=s=o Ô0 so3 N CH3Br] Sn2 .0 Br 0N Br0 O^R ©N CH3 BrS Pyridin podstupuje neochotně elektrofilní aromatické substituce, elektrofil vstupuje do pozice 3. pyridin HNO3/H2SO4 300 °C N02 N 3-nitropyridin Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Q Q Q N i H N snadnost elektrofilní aromatické substituce Pokud je na jádře potenciální odstupující skupina, může proběhnout nukleofilní aromatická substituce: N' CH3ONa] 50 °C 1 N + NaCI *OCH3 2-chlorpyridin 2-methoxypyridin mechanismus: N Nav v Cl: (V" | + NaCI N OCH3 Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Pyrimidin a jeho deriváty ŕ-\ 0 NH2 0 1 i ■ 1 H i H 1 H uracil cytosin thymin Jaromír Literák Základy organické chemie Heterocyklické sloučeniny Purin a jeho deriváty NH2 N' N N' N H adenin O H., N H2N N N H guanin 0 O^N 1 JH H N N H močová kyselina O H3C N O^N CH3 N N CH3 O H3C N O^N H N N CH3 Kn\N/> CH3 kofein theofillin theobromin Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 5 Doplňte hlavní produkt následující reakce. H2S04/S03 HgS04 250 °C •v Řešení: Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 6 Doplňte hlavní produkt následující reakce. o A H N- A ^ í) —— «—^ (NBS) ■v Řešení: Jaromír Literák Základy organické chemie Substituční deriváty karboxylových kyselin s -COOH i -NH2 skupinami. Bílkoviny obsahují a-aminokyseliny (22, z nich 20 standardně kódovaných). Téměř výhradně L-aminokyseliny. H2N- COOH ■H R Prolin je sekundární amin. H i .N. ,.*COOH Další biologicky významné aminokyseliny: H2Nv>^\/COOH y-aminomáselná kyselina (y-aminobutanová kyselina) thyroxin Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Acidobazické chování aminokyselin H H R- ©. COOH =^ R- 0 H COO R <3 -COO NH2 Příprava a-aminokyselin o Br-CH2-C + NH3 SN2 OH (nadbytek) © P H3N-CH2-C + NH4Br O O O EtO y 0et h'nych3 O EtONa -EtOH h-nych3 O 1. PhCH2Br -j 2. H2O/H0 A 7 A^ + C02 + CH3COOH P H3C^ + NH3 + HCN H NH' HqC" ■C=N H20/H® A7 HqC" H NH30 i H OH Jaromír Literák Základy organické chemie Amidová vazba - planární uspořádání atomů NCO. Konformery: • • • • O: ^ O: m /p ll Č7 ^ Ea = 80 kJ/mol £7 "ľ Ô s-trans s-cis s-trans je stabilnější, v peptidech ale obvykle převládá s-c/s. Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Chemická příprava amidů pomocí DCC o o Ri—\ + H2N-R2 DCC » OH N-H R2 N=C=N DCC dicyklohexylkarbodiimid Dochází k aktivaci karboxylové kyseliny, produktem je stabilní d icyklohexyl močovina. Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Mechanismus: N H Cy Ri—|—C? H Py N P= NC-N: Py Q): Ri H :07H :N-H >.py n? py ep-N; O? H • ■ O: :N-H Ft'2 + Cy^N^Ň'Cy I I H H Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Při reakci více aminokyselin čelíme problému selektivity reakce: P P H2N-CH2-c' + H2N-CH-c' OH Gly CH3 OH Ala DCC O O + H2N-CH2-C-N-CH-Cx H CH3 OH Gly-Ala O .0 H2N-CH2-C-N-CH2-C H OH Ala-Ala O H2N-CH-C-N-CH2-Cx CH3 H OH Ala-Gly O .0 H2N-CH-C-N-CH-Cn CH3 H CH3 OH Ala-Ala Řešením je použít chráničích skupin k dočasnému zablokování-NH2 a -COOH skupin, které se nemají účastnit reakce. Jaromír Literák Základy organické chemie Chránění-IMH2 skupiny ve formě karbamátu: Boc - řerc-butoxykarbonyl .0 Ji h2n-ch-c + r oh CH3O OH3C HsC^/ 3 II II 3^CH3 h3c o o o CH3 (Boc)20 oh o h3c ^N-cH-ď h3c-)—o r oh h3c + + ho- ch3 ■ch3 CH3 c02 deprotekce: O h n h3c ^n-ch-ď cf3cooh P _/ch3 h3c4-0 ŕ oh -—-- h2im-ch-c + h2c^ + c02 h3c tfa r oh ch3 Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Chránění-NH2 skupiny ve formě karbamátu: Fmoc - fluorenylmethyloxykarbonyl deprotekce: Jaromír Literák Základy organické chemie Chránění-COOH skupiny ve formě methyl- nebo benzylesteru: P H2N-CH-C R, OH HO-R2 H (kat.) P H2N-CH-C R-i 0-R£ H20 R2 = methyl, benzyl deprotekce: P HpO P H2N-CH-C —■—^-- H2N-CH-C + HO-R2 1 V. p kyselina 1 \~u R1 0_R2 nebo 0H báze benzylester: HBr CH3COOH H2 1-*~ P H2N-CH-ď Ŕ OH P Pt H2N-CH-C ŕ OH Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Syntéza peptidu s využitím chráničích skupin: Boc' H i N O OH + H2N KS 1. CF3COOH 2. H20/NaOH H3C CH3 H2N^X A^OH H O KS Jaromír Literák Základy organické chemie Syntéza peptidů na pevné fázi R. B. Merrifield (1921-2006) - první publikace metody v roce 1963. Nobelova cena v roce 1984. Pevná fáze na bázi modifikovaného polymeru: ľ^il r^Tl ril ľ^ji r^n r^n ^^V" ci Cl Cl Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Syntéza peptidů na pevné fázi H + GOOC-CH-N-Boc i Ri I polymer —CH2 olymer —CH2-0-C-CH-NH2 H HOOC-CH-N-Boc ŕ2 0 H0 H V-/ i i v—/ i i polymer —CH2-0-C-CH-N-C-CH-N-Boc r-i r-i O H O CH2-0-C-CH-N-C-CH-NH2 i i H HOOC-CH-N-R3 DCC Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Syntéza peptidů na pevné fázi O HO HO H i m i m i — polymer —CH2-0-C-CH-N-C-CH-N-C-CH-N-Boc i ii Ri R2 R3 O HO HO im i — | polymer —CH2-0-C-CH-N-C-CH-N-C-CH-NH2 R1 R2 R3 HO HO HOOC-CH-N-C-CH-N-C-CH-NH2 i i i R1 R2 R3 tripeptid Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Sekvenování peptidů • Instrumentální (MS...) • Chemické metody. Delší řetězce je potřeba selektivně rozštěpit na menší fragmenty: • Enzymaticky - trypsin (karboxyl Arg a Lys), chymotrypsin (karboxyl Phe, Tyr a Trp). .. • Chemicky - BrCN (karboxyl Met). Jaromír Literák Základy organické chemie Aminokyseliny Sekvenování peptidů Val-Gly-Ala-Phe-Thr-Cys-Arg-Pro-Asn-Met-Tyr-Gly-Ser-Trp-Gly-Lys-Leu-His trypsin: Leu-His Pro-Asn-Met-Tyr-Gly-Ser-Trp-Gly-Lys Val-Gly-Ala-Phe-Thr-Cys-Arg chymotrypsin: Gly-Ser-Trp Gly-Lys-Leu-His Val-Gly-Ala-Phe Thr-Cys-Arg-Pro-Asn-Met-Tyr stanovení sekvence: Val-Gly-Ala-Phe-Thr-Cys-Arg Pro-Asn-Met-Tyr-Gly-Ser-Trp-Gly-Lys Leu-His Val-Gly-Ala-Phe Thr-Cys-Arg-Pro-Asn-Met-Tyr Gly-Ser-Trp Gly-Lys-Leu-His Jaromír Uterák Základy organické chemie Označení aminokyseliny na N-konci pomocí Sangerova činidla: X R2 O N02 NH< + Ri N02 -Hl H2Q/H AT R2 HO O H i N N02 Ri N02 Edmanovo odbourávání pomocí fenylisothiokyanátu: R2 O NH- N=C=S H Ri 2. CF3COOH Y"NH2 + Jaromír Literák Základy organické chemie Pomocí Edmanova odbourávání lze sekvenovat řetězce dlouhé max. 50 aminokyselin. Mechanismus Edmanova odbourávání: Jaromír Literák Základy organické chemie Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 7 Doplňte hlavní produkt následující reakce. COOH NH2 + CH3°H (nadbytek) H+ (kat.) ■v Řešení: Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 8 Doplňte hlavní produkt následující reakce. o .COOH CH3 o. + HO- CH2CH3 -CH3 CH3 DCC N, H3C CH3 (kat.) ■v Řešení: Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 9 Doplňte hlavní produkt následující reakce. o (kat.) •v Řešení: Jaromír Literák Základy organické chemie Úkol č. 1 i Navrhněte výchozí látky, které Streckerovou reakcí poskytnou fenylalanin l^J NH2 fenylalanin ■v Řešení: Jaromír Literák Základy organické chemie