62

Kapitel 10 Heterocyclen

Wichtige Heterocyclen

63

Kapitel 11 Naturstoffe

Aminosäuren

COOH

COOH

H2NCOOH

NH2

-Alanin (chiral) -Alanin (achiral)

Chemische Eigenschaften

Aminosäuren sind meist kristalline Feststoffe und liegen als Zwitterionen vor.

Den pH-Wert, bei dem eine Aminosäure in der (nach außen ungeladenen)

zwitterionischen Form vorliegt wird Isoelektrischer Punkt (IP) genannt. Der IP

ist für jede Aminosäure charakeristisch.

R COOH

NH3

-H+

+H+

R COO

NH3

-H+

+H+

R COO

NH2

im Sauren"neutral"

im BasischenpH = IP

Einteilung der Aminosäuren:

Chiralität: In der Natur fast ausschließlich L-AS

Proteinogene Aminosäuren: Aminosäuren, die in Proteine eingebaut werden.

Essentielle Aminosäuren: Aminosäuren, die mit der Nahrung aufgenommen

werden müssen (Mensch).

L-Valin, L-Leucin, L-Isoleucin, L-Phenylalanin,

L-Threonin, L-Methionin, L-Tryptophan, L-Lysin

a) AS mit unpolarem Rest:

H2N COOH H2N COOH

H CH3

H2N COOH

H

H2N COOH

H

H2N COOH

H

H2N COOH

H HN

H COOH

L-Glycin (Gly) L-Alanin (Ala) L-Valin (Val)L-Leucin (Leu)

L-Isoleucin (Ile) L-Phenylalanin (Phe) L-Prolin (Pro)

64

b) AS mit polarem, nicht ionisierbarem Rest:

c) polare saure AS mit ionisierbarem Rest:

H2N COOH

H

O OH

H2N COOH

H

O OH

L-Asparaginsäure(Asp)

L-Glutaminsäure(Glu)

d) polare basische AS mit ionisierbarem Rest:

H2N COOH

H

NH2

H2N COOH

H

NHNH

H2N

H2N COOH

H

NH

N

L-Lysin (Lys) L-Arginin (Arg) L-Histidin (His)

Peptide, Proteine

Eigenschaften, Basizität, Konformation, Bildung und Hydrolyse

Peptidbindung: Peptide sind Amide aus zwei Aminosäuren:

N

H

O

121°

117°120°

1,53

1,32 1,47

O

N

H

OH

N

O

N

H

O

NH

trans cis

65

Die Peptidgruppe ist fast eben gebaut.

Proteine

Die Bezeichnung Protein kommt aus dem Griechischen: (proteuo) =

„ich nehme den ersten Platz ein“

Einteilung: Skleroproteine (faserartig, Stützstrukturen, wasserunlöslich)

z.B.: Keratin (Fingernägel)

Sphäroproteine (sphärisch gebaut, wasserlöslich,

denaturierbar) z.B.: Eiklarproteine

Chemische Struktur

H2N

HN

NH

HN

NH

HN

NH

COOH

R1

O R2

O R3

O R4

O R5

O R6

O R7

-Faltblatt (antiparallel oder parallel), -Helix

Strukturen von Proteinen:

1. Primärstruktur: Aminosäuresequenz

2. Sekundärstruktur: räumliche Anordnung der Kette (Flatblatt, Helix)

nur peptidisches Rückgrat, nicht räuml.

Anordnung der AS Seitenketten

3. Tertiärstruktur: Gestalt des Proteins (räuml. Anordnung aller

Atome)

4. Quartärstruktur: Aggregate aus mehreren Proteinen (Dimere,

Trimere, etc.)

66

Kohlenhydrate

Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen,

Aldosen, Ketosen,

Pyranosen, Furanosen,

Aminozucker, Anomere, Onsäuren, Uronsäuren,

Schreibweisen: Fischer, Haworth, sterische Schreibweise, Konformation

67

Hexosen

H

CHO

OH

OHH

OHH

OHH

CH2OH

D-Allose

HO

CHO

H

OHH

OHH

OHH

CH2OH

D-Altrose

H

CHO

OH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

D-Glucose

HO

CHO

H

HHO

OHH

OHH

CH2OH

D-Mannose

HOO

OH OHOH

HO

HOO

OH

OH

OH

OH

HOO

HO

OHOH

OH

HOO

HO

OH

OH

OH

H

CHO

OH

OHH

HHO

OHH

CH2OH

D-Gulose

HO

CHO

H

OHH

HHO

OHH

CH2OH

D-Idose

H

CHO

OH

HHO

HHO

OHH

CH2OH

D-Galactose

HO

CHO

H

HHO

HHO

OHH

CH2OH

D-Talose

O

HO

OH OHOH

OH

O

HO

OH

OH

OH

OH

O

HO

HO

OHOH

OH

O

HO

HO

OH

OH

OH

Furanosen

OH

HO

HOO

HO

OH

OH

HO HO

OHO

OH

OH

HO

OHO

OH

HO

HOO

HO

Fructose Ribose Xylose Arabinose

68

Saccharide, Glycoside

1,4-, 1,6-Verknüpfung, Saccharose, Lactose, Maltose, Isomaltose,

Cyclodextrine, Bildung und Hydrolyse von Sacchariden

O

HO

OH

HOHO

O O

HO

OH

HO OH

Maltose

4-O-(-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose

O

HO

OHHO

HO O O

HO

OH

HO OH

Lactose (Milchzucker)

4-O-(-D-Galactopyranosyl)-D-glucopyranose

O

HO

OH

HOHO O O

HO

OH

HO OH

Cellobiose

4-O-(-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose

O

AcNH

OH

HOHO O O

AcNH

OH

HO OH

Chitobiose (Chitin)

O

HO

OH

HOHO

O

O

OH

HO

OH

OH

Saccharose (Rohrzucker)

O

HO

HOHO

O

O

OH

HO

OH

OH

Raffinose (Rübenzucker)

O

HO

OHHO

HO

O

O

HO

HOHO OH

O

HO

OHHO

HO

O

Melibiose

69

Fette und Lipide

Klassifizierung: Wachse, Sphingolipide, Terpene, Steroide

Stoffklassen

A. nicht hydrolysierbar

Langkettige Alkane, Carotinoide, Vitamine

Terpene, Steroide

Fettalkohole >C10

Fettsäuren >C10

70

71

72

Common Fatty Acids

Chemical Names and Descriptions of some Common Fatty Acids

Common Name Carbon

Atoms Double

Bonds Scientific Name Sources

Butyric acid 4 0 butanoic acid butterfat

Caproic Acid 6 0 hexanoic acid butterfat

Caprylic Acid 8 0 octanoic acid coconut oil

Capric Acid 10 0 decanoic acid coconut oil

Lauric Acid 12 0 dodecanoic acid coconut oil

Myristic Acid 14 0 tetradecanoic acid palm kernel oil

Palmitic Acid 16 0 hexadecanoic acid palm oil

Palmitoleic Acid 16 1 9-hexadecenoic acid animal fats

Stearic Acid 18 0 octadecanoic acid animal fats

Oleic Acid 18 1 9-octadecenoic acid olive oil

Vaccenic Acid 18 1 11-octadecenoic acid butterfat

Linoleic Acid 18 2 9,12-octadecadienoic acid safflower oil

Alpha-Linolenic Acid

(ALA) 18 3 9,12,15-octadecatrienoic acid

flaxseed (linseed)

oil

Gamma-Linolenic Acid

(GLA) 18 3 6,9,12-octadecatrienoic acid borage oil

Arachidic Acid 20 0 eicosanoic acid peanut oil,

fish oil

Gadoleic Acid 20 1 9-eicosenoic acid fish oil

Arachidonic Acid (AA) 20 4 5,8,11,14-eicosatetraenoic acid liver fats

EPA 20 5 5,8,11,14,17-eicosapentaenoic acid fish oil

Behenic acid 22 0 docosanoic acid rapeseed oil

Erucic acid 22 1 13-docosenoic acid rapeseed oil

DHA 22 6 4,7,10,13,16,19-docosahexaenoic

acid fish oil

Lignoceric acid 24 0 tetracosanoic acid small amounts

in most fats

73

B. hydrolysierbar

Fette (Fettsäure + Glycerin)

Waxe (Fettsäure + Fettalkohol)

Sterolester (Fettsäure + Cholesterin s.o.)

spermaceti: CH3(CH2)14CO2-(CH2)15CH3

beeswax: CH3(CH2)24CO2-(CH2)29CH3

carnuba wax: CH3(CH2)30CO2-(CH2)33CH3

Nucleinsäuren, Purin-, Pyrimidinbasen, Nucleoside, Nucleotide, DNA, RNA

74

75

Vitamine, Alkaloide, Hormone, Antibiotika

Vitamine

OH Vitamin A (Retinol)

Sehpigment, Immunsystem

N

N

NH2

N

S OH

Vitamin B1 (Thiamin)

Vorstufe für Coenzyme

Decarboxylasen

NH

N N

N

O

O

CH2

OH

OH

OH

OH

Vitamin B2 (Riboflavin)

FAD für Oxidoreduktasen

N

O

NH2 Vitamin B3 (Nicotinamid)

NAD für Oxidoreductasen

N

NHN

N

O

H2N

NH

NH

OCOOH

COOH

Vitamin B4 (Folsäure)

C1-Gruppentransfer

76

N

OHHO

R Vitamin B6

AminosäurestoffwechselR = CH2OH Pyridoxol

R = CHO Pyridoxal

R = CH2NH2 PyridoxaminN

N

N

NH

CONH2

CONH2

CONH2

O

NH

H2NOC

H2NOC

H2NOC

O

P

O O

O

O

HO

OH

N

N

Co

R

Vitamin B12

(Cobalamin)

Ligasen,

Transferasen

OH

HO OH

O

OH

O

Vitamin C (Ascorbinsäure)

Radikalfänger

Immunsystem

HO

Vitamin D (Calciferol)

Calziumstoffwechsel

O

HO

Vitamin E (Tocoferol)

Antioxidans

O

O

Vitamin K (Phyllochinon)

Proteinsynthese

S

NHNH

COOH

O

HHH

Biotin

Carboxylasen

HO

HN

HO

O

COOH

H

Pantothensäure

Coenzym A

Antibiotika

OHO

O

NH2

OH

OHO

H OH HN

HO

OH

OH

HN

O

Cl

Cl O

O

HO

HOHO

O

O

O

OHO

N

O OH

OMeN

S

O

H H

COOH

HN

O

R

PenicillineTetracycline Chloramphenicol Erythromycin

Alkaloide

Wortbildung aus arabisch al qualja: „Pflanzenasche“ und griechisch -oides:

„ähnlich“) sind natürlich vorkommende, chemisch heterogene, meist basische,

stickstoffhaltige organische Verbindungen des Sekundärstoffwechsels, die auf

den tierischen oder menschlichen Organismus wirken. Über 10000

verschiedene pflanzlichen, tierische oder von Mikroorganismen produzierte

Substanzen werden dieser Stoffgruppe zugeordnet.

Einteilung nach chemischer Struktur

Die in der Literatur am häufigsten verwendete Einteilung der Alkaloide ist die

Kategorisierung entsprechend ihrer chemischen Struktur. Namensgebend ist

der Teil des Moleküls, der einen Stickstoff enthält.

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Alkaloide mit heterocyclischem Stickstoff

Pyrrolidin-Alkaloide: z. B. Hygrin

Steroid-Alkaloide: z. B. Solanin

Pyridin-Alkaloide: z. B. Nicotin, Anabasin

Tropan-Alkaloide: z. B. Hyoscyamin, Scopolamin, Cocain

Chinolin-Alkaloide: z. B. Chinin, Chinidin

Isochinolin-Alkaloide: z. B. Morphin, Codein, Papaverin,

Berberin, Tubocurarin

Indol-Alkaloide: z. B. Ajmalin, Ergotamin, Yohimbin, Reserpin,

Strychnin

Purin-Alkaloide: z. B. Coffein, Theophyllin, Theobromin

Alkaloide mit acyclischem Stickstoff: z. B. Ephedrin, Mescalin

Solanin Hygrin

Nikotin Anabasin

Cocain Chinin

78

Morphin Papaverin

Yohimbin Strychnin

Vincristin

Coffein Theobromin Ephedrin Mescalin