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Organische Chemie
für Human-, Zahn- und molekulare Mediziner
(und wer sich sonst noch dafür interessiert... ☺ )
... Willkommen zurück und willkommen neu an Bord....!
Abschlussklausur zum Chem. Prak. Teil II SS 2013
Chem. Prak. Teil II : Versuche 7, 8, 9 und 10 (molekulare Mediziner
Sa. 20.7.2013 8 (!!) Uhr
Mo. 15. – Do 25.7.13
29
29 / 30
Chem. Prak. Teil II : Versuche 7, 8, 9 und 10 nach Laufzettel17.6. − 12.7.201325 − 28
Umbautage10.6.-14.6.201324
Chem. Prak. Teil II : Versuch 6Mo. 3.6. − Fr 7.6.201322/23
Wiederholungsklausur zum Chem. Prak. I WS 2012/2013
Do. 16.5.201317 Uhr19
Gruppeneinteilung (für alle!) und Sicherheitsbelehrung (1.-Sem. Zahnmed; Anwesenheitspflicht) !!13.− 17.5.201319
Skriptenausgabe im Praktikumssaal (11.0.05 )15. und 16.4.201312.15-13 Uhr16
BeschreibungDatumWoche
Praktikums- und Klausurtermine Sommersemester 2013
Webseite für alle Informationen:http://www-analytik.chemie.uni-regensburg.de/institut/Lehre/termine_downloads_med.html
vorab…..
Literatur:
Vorlesung ☺
C. Schmuck et al., Chemie für Mediziner (Pearson)
Burrows et al., Chemistry3 (Oxford)
Zeeck et al. Chemie für Mediziner
J. Karty, The nuts and bolts of organic chemistry (Pearson)
Schulbücher (GK / LK Chemie)
Übungen !
…..
OH11-cis-Retinal
N
NH2
H
HO
Serotonin
„Übersetzung“ von Licht-impulsen in neuronale Signale „Sehen“
Ermöglicht Übertragung von Nervenimpulsen im Gehirn(Neurotransmitter) „Denken“
Warum Sie längst organische Chemiker sind……
Kapitel 1: Was ist organische Chemie?
O
OH OH
CH2N
NN
N
NH2
OP
O
O
OPO
O
O
PO
O
O O
OH OH
CH2N
NN
N
NH2
OP
O
O
OPO
O
O + H2PO4+ H2O
Liefert Energie für Muskelarbeit, zelluläre Biosynthese,Aufrechterhaltung von Membranpotenzialen, ….
1.1 Die Anfänge…
16.-18. Jhd: Moleküle aus der Natur: z.B. Ätherische Öle, Alkaloide etc. aus Pflanzen
OH
O
N
N
HO
MeO
Menthol cis-JasmonChinin
Isoliert aus Chinarinde:
gegen Fieber, Malaria, ….
Studium von Verbindungen aus lebenden Organismen:
Zucker, Stärke, Harnstoff, Öle, Wachse, etc.
Idee des „Vitalismus“: Notwendigkeit einer Vitalkraft, um diese Verbindungen zu schaffen (Rest: anorganisch)
AC OC
Die Anfänge…
Wöhler an Berzelius
Berlin, 28 Februar 1828Lieber Herr Professor!Obgleich ich sicher hoffe, daß mein Brief vom 12. Januar und das Postskript vom 1. Februar bey Ihnen angelangt sind und ich täglich oder vielmehr stündlich in der gespannten Hoffnung lebe, einen Brief von Ihnen zu erhalten, so will ich in doch nicht abwarten, sondern schon wieder schreiben, denn ich kann, so zu sagen, mein chemisches Wasser nicht halten und muß Ihnen sagen, daß ich Harnstoff machen kann, ohne dazu Nieren oder überhaupt ein Thier, sey es Mensch oder Hund, nöthigzu haben. Das cyansaure Ammoniak ist Harnstoff. Vielleicht erinnern Sie sich noch der Versuche, die ich in der glücklichen Zeit, als ich noch bey Ihnen arbeitete, anstellte, wo ich fand, daß immer, wenn man Cyansäure mit Ammoniak zu verbinden sucht, eine krystallisirte Substanz entsteht, die sich indifferent verhielt und weder auf Cyansäurenoch Ammoniak reagierte. Beim Durchblättern meines Journals fiel mir dies wieder auf, und ich hielt es für möglich, daß durch die Vereinigung von Cyansäure und Ammoniak die Elemente, zwar in derselben Proportion, aber auf eine andere Art zusammentreten könnten und hierbey vielleicht z.B. eine vegetabilische Salzbase oder etwas Ähnliches gebildet werden könnte.
Wöhler 1828: Synthese von Harnstoff aus einer anorganischen Verb.
(vgl. BC-Praktikum: empirischer Beweis ☺)
Die Anfänge…
Mit Wöhlers Harnstoffsynthese und der Veröffentlichung seiner Arbeit wurde der Sturz dieser Anschauung (Vitalismus) eingeleitet. Wenige Jahre
später konnten Wöhler und Liebig in der Einleitung ihrer gemeinsamen Arbeit über die Harnsäure stolz behaupten:
"Die Philosophie der Chemie wird aus dieser Arbeit den Schluß ziehen, daß die Erzeugung aller organischen Materie, insoweit sie nicht dem
Organismus angehört, in unseren Laboratorien nicht allein wahrscheinlich, sondern als gewiß betrachtet betrachtet werden muß."
Noch im Jahr der Harnstoffsynthese, mit 28 Jahren, wurde Wöhler zum Professorernannt.
Die Anfänge…
(1977)
19. Jhd: Chemie aus Kohle CO + H2
N
OH NH2
Benzol Pyridin Phenol Anilin
Beleuchtung, Heizung, ….
Braunkohle“teer“: reich an „aromatischen“ Verbindungen:
Die Anfänge…
Bestialischer Gestank…. … und Wohlgeruch
H3C CH3
HS SH OHS
Evakuierung von Freiburg 1889
H3CS S
CH3
… von schwarzen Trüffeln
Die Welt wird farbig: Farbstoffsynthese
NN
NMe2
O3S
„Azofarbstoff“ Methylorange
… gestern…
20. Jhd: Chemie aus Öl
Isooctan
H2C CH2
EthenSynthesegrundstoffe
„Kunststoffe“: PE, PVC, PET, ….
100 Mio Tonnen / a (!!)Kraftstoffe
N
O
H
N
O
H
Indigo Bluejeans
Drogen….
…und Nahrungsmittel
H3C OHN
O
O
CO2CH3
H3C
OH
O
OH
HO
OH
OO
HO OH
HOCH2
OH
konjugierte Linolsäure:versch. biochem. Effekte;u.a. anticancerogen!?
trans-Resveratrol Ascorbinsäure
… und heute…
21. Jhd: 16 Millionen organische Verbindungen
… und heute…
Bestseller…..
Agrochemikalien:
… vom DDT zum Decamethrin
C
CCl3
H
Cl Cl OBr
Br
OO
CN
modifiziertes Pyrethrin
… und heute…
Pharmazeutika: ein Milliardenmarkt….
SN NHMeO
Me2N
H
NO2
O N
HOH
NH
NS
N
N
NN
O
EtO
O O
CH3
H3C
HS N
O COOH
N
S
O
NC
OHO
NH2
COOH
Ranitidin (Glaxo-Wellcome):Histamin-H2-Rezeptor-Antagonistgegen Refluxkrankheiten, Magengeschwürprophylaxe
Tenormin (Zeneca): cardioselektiver β-Blocker
Sildenafil (Pfizer):erfreut Männer….
(„Viagra“)
Captopril (Squibbs): ACE-Hemmergegen Bluthochdruck
Amoxicillin (SmithKline): Antibiotikum gegen bakterielle Infektionen
Inhaltsstoffe in Produkten des täglichen Lebens: z.B. Rasierschaum
gelber FarbstoffChinolingelbCI 47005
grüner FarbstoffFast Green FCF CI 42053
DetergenzPolyoxyethylenglycoldiesterPEG-150 distearat
verleiht KörperCellulasefaser mit -OCH2CH(OH)CH3-Gruppen
hydroxypropyl-cellulose
verleiht KörperCellulasefaser mit -OCH2CH2OH-Gruppen
hydroxyethyl-cellulose
fördert Wundheilung im Fall einer Schnittverletzung
allantoin
Parfümparfum
DetergenzPolyoxyethylenglycolesterPEG-14M
Treibmittel(CH3)2CHCH3isobutane
Säure, EmulgatorCH3(CH2)16COOHstearic acid
DetergenzOleyl(OCH2CH2)OHotheth-2
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CONEt2oleamide-DEA
Treibmittel(CH3)2CHCH2CH3isopentane
DetergenzGlyceryl(OCH2CH2)26OHglycereth-26
Säure, EmulgatorCH3(CH2)14COOHpalmitic acid
BaseN(CH2CH2OH)triethanolamine
LösungsmittelWasseraquar
Zweckchemische StrukturInhaltsstoff
• Alle organischen Verbindungen enthalten Kohlenstoff (aber auch anorganische!)
• Die meisten Verbindungen bestehen nur aus wenigen Elementen:
C, H, O, N, S, P, (Cl, Br, I)
extreme Vielfalt von Verb. ↔ Bindungseigenschaften von C
Organismus:
Glykogen (Leber)
Proteine (Haut, Bindegewebe, Enzyme)
Lipide (Zellmembran, Fettspeicher)
DNA (Zellkern)
synthetische Produkte:
Kunststoffe Transplantate
Medikamente
Pestizide
Farben
Fasern
Der Kreis schließt sich vom Studium von Verbindungen, die aus Organen gewonnen worden waren, zu Arznei- und Ersatzstoffen, um diese zu heilen oder zu ersetzen.
1.2 Kohlenstoff – das vielfältige Element
Kohlenstoff – das vielfältige Element
• (i.A.) 4 kovalente Bindungen
• mittlere Elektronegativität
stabile C-C-Bindungen, aber auch
kovalente Bindungen zu vielen anderen Elementen des PSE
(biologisch relevant insb. H, O, N, P, S, Hal…)
• bildet Einfach- und Mehrfachbindungen
Vielfältige Reaktionsmöglichkeiten:
• Unterschiedliche Polarität der Bindungen zum Kohlenstoff
kann positiv oder negativ polarisiert sein;
Reaktionen über Radikale C-Kationen, C-Anionen
• Toxin des Dinoflagellaten Ostreopis siamensis, das auch von einigen Tieren aus gefressenem Plankton extrahiert und zum Schutz gegen Fressfeinde eingesetzt wird. Bis zur Entdeckung und Strukturaufklärung des Maitotoxins größter nicht polymerer und nicht aus Aminosäuren aufgebaute Naturstoff mit der längsten ununterbrochenen Kohlenstoffkette (115 Kettenglieder).
• schon lange als Gift für Speere von der indigenen Bevölkerung Hawaiis verwendet
• Strukturaufklärung 1981–1982; erste Totalsynthese des Palytoxins 1994
1.3 Organische Strukturen
Palytoxin
Kohlenstoffgerüste und funktionelle Gruppen:
CC
O
OHH2N
H H
CC
C
O
OH
H
H
H
H
H2N
C
CC
C
CC
CC
C
H
H
H
H
H
H H
H NH2
O
OHC
CC
O
OH
NH2
H H
H
CC
C
H H
HH
H2N
H H
CC
C
O
OH
H
H H
H2N
CC
C
H
H H
HH H
Glycin Alanin Phenylalanin LysinLeucin
• unterschiedliche Kohlenstoffgerüste:
(Anzahl der C-Atome, unverzweigte Ketten, verzweigte Ketten, Ringe, …)
• dennoch: recht ähnliche chemische Eigenschaften
weniger die Anzahl und Anordnung der C- und H-Atome bestimmt die chemischen Eigenschaften, sondern die anderen Atome (O, N, Cl, P, …)
die funktionellen Gruppen bestimmen im Wesentlichen chemische und biologische Eigenschaften
Organische Strukturen
B: Proteinogene Aminosäuren
Kohlenstoffgerüste
Ketten:
Verzweigte Ketten:
Ringe:
„Aromaten“
Butan Tetradecan
OH11-cis-Retinal
2-Methylbutan
3-Ethyl-4,4-dimethylhexan
O
OH
TestosteronCyclohexan Cyclopentan
NBenzol Pyridin N
NH2
H
HOSerotonin
Funktionelle Gruppen
Wie zeichnet man Strukturen?
• möglichst realistisch
• möglichst ökonomisch
Linolsäure:
Wie zeichnet man Strukturen?
• Zeichne Ketten als Zickzack-Linien
• Verzichte auf H-Atome, die an C gebunden sind (außer in Sonderfällen zur Hervorhebung in einer Reaktion)
• Verzichte auf das Symbol für die C-Atome (außer um z.B. seine Nucleophilie oder Elektrophilie mit Farbe anzudeuten)
• Als Element der zweiten Periode hat Kohlenstoff einen kleinen Atomdurchmesser und neigt dazu Mehrfachbindungen zu bilden, da bei Einfachbindungen der räumliche Anspruch von vier Bindungspartnern befriedigt werden muss.
• Als Element mit mittlerer Elektronegativität bildet es stabile kovalenteBindungen.
• Der Elektronegativitätsunterschied zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff ist sehr gering, wodurch die Kohlenwasserstoffbindung ebenfalls stabil und nur wenig polarisiert ist.
Diese Kombination aus mittlerer Elektronegativität und Atomgröße führt dazu, dass Kohlenstoff starke, stabile Bindungen mit sich selbst eingehen kann. Es bilden sich lange, eventuell verzweigte Ketten oder Ringe, die wiederum Mehrfach-bindungen enthalten können. Diese Eigenschaft führt zu einer Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten und ermöglicht so die fast unendliche Fülle von organischen Verbindungen.
Kohlenstoff – das vielfältige Element
Zusammenfassung:
... aber wie macht er das ?
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