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 ?