přednáška č - lfp.cuni.cz · • u složitých struktur s násobnými vazbami a navázanými...

Lékařská chemie - přednáška č.6

Václav Babuška

[email protected]

Úvod do organické chemie

2

• vědní obor zabývající se chemií kovalentních sloučenin uhlíku • kovalentní vazba – intramolekulární forma chemické vazby, sdílení

jednoho nebo více párů elektronů mezi dvěma prvky • na základě rozdílu elektronegativit rozlišujeme polární (0,4-1,67) a

nepolární (<0,4) kovalentní vazbu • organické sloučeniny jsou základem stavby živých organismů • rozvoj ve 2.polovině 19.století (1880 – známo 12tis. org. sl., 1966 – znám

ca. 1 milion org. sl.), počet org. látek je teoreticky neomezený • strukturou organických látek tvořící živé organismy a jejich přeměnou se

zabývá obor biochemie • správné chemické vyšetření – základ správného určení diagnózy • správný léčebný postup – vhodné použití léčiv • syntéza nových léčiv – pokroky organické chemie • ale také syntéza a použití velmi nebezpečných látek pro člověka i ekosystém

(DDT, PCB, dioxin, thalidoimid, …) • stavba organických molekul a reaktivita jejich funkčních skupin


3

• velké množství sloučenin -> komplikovaná nomenklatura • různé typy vzorců

Názvosloví organických sloučenin

sumární (součtový) vzorec udává pouze počet atomů, které tvoří molekulu, nevyjadřuje skutečný tvar sloučeniny stejný vzorec může odpovídat více různým molekulám

C6H11Cl

konstituční (strukturní) vzorec ukazuje, které atomy jsou jakým způsobem spojeny

racionální vzorec zjednodušený strukturní vzorec „to co je všem jasné“ lze sloučit do jedné skupiny znaků

schématický vzorec vychází z racionálního vzorce, ale zachovává prostorové uspořádání molekuly v každém „zlomu“ si domyslíme atom uhlíku a zbylé atomy vodíku


4

• triviální názvy – přetrvávají z doby, kdy nebylo nic známo o struktuře látek; pojmenování byla vytvářena podle vzhledu, zápachu, chuti, výskytu v přírodě apod.; mnoho z nich používáme dodnes

• systematické názvy – vystihují strukturu; tvořeny s využitím slovních základů, předpon, přípon, lokantů a dalších symbolů; tvorba názvů pro již existující molekuly, ale i nově získané sloučeny; jsou ale stále molekuly, pro něž neexistují plně systematické názvy (např. voda, methan, benzen)

• semisystematické názvy – kombinací výše popsaných názvů(např. trichlormravenčí kyselina, isopropanol, 2,4,6-trinitrotoluen)

• opisné názvy – pro použití při ústním nebo písemném podán (např. amid

kyseliny octové, anhydrid kyseliny šťavelové, kyselina benzoová)

• technické názvy – speciální kategorie používaná zejména v technické praxi (např. líh, tritol, DDT)



5

• nejjednodušší organické sloučeniny tvořeny výhradně atomy uhlíku a vodíku

• tři základní vlastnosti uhlíku v organické chemii • čtyřvaznost (atomy uhlíku jsou tedy v 1. excitovaném stavu) • schopnost řetězit se, a to sám na sebe (tyto uhlíkové řetězce mohou být velmi

dlouhé, nebo i uzavřené) • vytvářet mezi sebou (mezi sousedními atomy uhlíku) nejen jednoduché, ale

i dvojné a trojné vazby

• podle různých hledisek dělíme uhlovodíky do několika skupin

• podle složitosti vazeb • alkany (pouze jednoduché vazby) • alkeny (alespoň jedna dvojná vazba) • alkyny (alespoň jedna trojná vazba)

• podle uzavřenosti řetězce • alifatické • cyklické

Uhlovodíky


6

• nevětvené uhlovodíky obsahující pouze jednoduché vazby • alifatické alkany tvoří homologickou řadu v níž každý následující člen

obsahuje ve svém řetězci o jednu funkční skupinu –CH2– víc než jeho předchůdce

• obecný vzorec alkanů je CnH2n+2, kde n je počet uhlíků v molekule • název prvních čtyř elementů homologické řady je triviální, názvy dalších se

tvoří přidáním koncovky –an za slovní kmen odvozený z řecké číslovky vyjadřující počet uhlíků v řetězci alkanu

Alkany

n název alkanu n název alkanu n název alkanu n název alkanu n název alkanu

1 methan 7 heptan 13 tridekan 19 nonadekan 30 triakontan

2 ethan 8 oktan 14 tetradekan 20 ikosan 31 hentriakontan

3 propan 9 nonan 15 pentadekan 21 henikosan 32 dotriakontan

4 butan 10 dekan 16 hexadekan 22 dokosan 40 tetrakontan

5 pentan 11 undekan 17 heptadekan 23 trikosan 50 pentakontan

6 hexan 12 dodekan 18 oktadekan 24 tetrakosan 100 hektan


7

• odtržením vodíkového kationtu z koncového uhlíku molekuly alkanu vzniká jednovazný zbytek, který pojmenujeme tak, že z názvu alkanu odtrhneme koncovku –an a nahradíme jí koncovkou –yl a uhlík, ze kterého jsme odtrhli vodík očíslujeme jedničkou (obecně tyto zbytky nazýváme alkyly)

• pokud slovní základ nového řetězce končí písmenem „k“ dochází k přechýlení v „c“

Alkany

• při pojmenování složitějších (rozvětvených) molekul se řídíme dalšími pravidly, abychom byli schopni správně očíslovat uhlíkové řetězce • nejdelší řetězec • více postranních řetězců • nižší čísla uhlíků, kde jsou navázány postranními řetězci • větší počet uhlíků v postranních řetězcích • méně rozvětvené postranní řetězce


8

1. Nalezneme nejdelší (základní) řetězec uhlíků v molekule alkanu a) uhlíky, na které jsou vázány postranní řetězce alkylů (substituenty), číslujeme tak, aby měly čísla co nejmenší; v abecedním pořadí uvedeme nejdříve substituenty (číselný lokant dle čísla uhlíku + spojovník + název substituentu) a poté název základního řetězce

b) pokud je na základním řetězci navázáno více stejných substituentů, vyjadřujeme jejich počet násobící předponou (di–, tri–, tetra–, ...), kterou přidáme přímo k názvu substituentu a číselné lokanty oddělíme čárkou (postranní řetězce řadíme podle abecedy bez násobící předpony)

Alkany – tvorba názvu


9

1. Nalezneme nejdelší (základní) řetězec uhlíků v molekule alkanu c) v případě, že stále ještě máme možnost volby číslování aniž bychom došli ke stejnému výsledku, očíslujeme řetězec tak, aby substituent, který je dříve v abecedě byl navázán na uhlíku s nižším číslem d) pokud je samotný substituent již rozvětvený, pojmenujeme ho bez ohledu na zbytek molekuly (uhlík, který se váže na základní řetězec má číslo 1, substituent je alkyl (musí končit –yl); název této větve pak vpravíme do celkového názvu



10

1. Nalezneme nejdelší (základní) řetězec uhlíků v molekule alkanu e) pokud je stejný rozvětvený řetězec substituován vícekrát, vložíme násobící předponu (bis–, tris–, tetrakis–, pentakis–, ...) hned před úvodní závorku jeho názvu (předponu nezapočítáváme do abecedního pořadí v názvu alkanu)



11

2. v případě více řetězců se stejným počtem uhlíků v molekule bereme za základní ten, na který je navázáno více postranních řetězců

3. za základní řetězec v případě stejného počtu substituentů považujeme ten, který má nižší čísla uhlíků, kde jsou postranní řetězce.



12

4. za větev patřící do základního řetězce považujeme tu, která má větší počet uhlíků navázaných ve svých postranních řetězcích

5. konečným pravidlem při volbě základního řetězce je menší rozvětvenost postranních řetězců


tetradekan


13

• uhlovodíky obsahující kromě jednoduchých také dvojné a/nebo trojné vazby

• pojmenování tvoříme odtržením koncovky –an z názvu o stejném počtu uhlíků a následným přidáním číselného lokantu a nové koncovky

• u alkenů přidáváme koncovku –en, u alkynů –yn (pokud slovní základ uhlovodíkového řetězce končí písmenem „k“ dochází k jeho přechýlení v „c“)

• při pojmenování se řídíme pravidly, které se vzájemně doplňují s předchozími, ale zároveň je také limitují • násobná vazba na co nejnižším uhlíku • co nejvíce násobných vazeb • více dvojných vazeb • delší uhlíkový řetězec • pravidla pro alkany

Alkeny a alkyny


14

• násobná vazba je na uhlíku s co nejnižším číslem a) vycházíme ze jména lineárního alkanu o stejném počtu uhlíků; odstraníme koncovku –an a připojíme číselný lokant násobné vazby (uhlík s nižším číslem) a uvedeme příponu typu násobné vazby (dvojná –en, trojná –yn)

b) pokud je v řetězci více násobných vazeb, má při číslování přednost vazba dvojná; vyskytuje-li se více násobných vazeb stejného typu, přidáváme do slovního kořene příponu –a (nedochází přitom k přechýlení „k“ v „c“) a v názvu vyjmenujeme všechny lokanty; přidáme násobící předponu před –en (resp. –yn)

Alkeny a alkyny – tvorba názvu


15

• násobná vazba je na uhlíku s co nejnižším číslem c) u větveného uhlovodíku postupujeme analogicky jako u alkanu; do názvu dáme informaci o substituentech následovanou slovním základem uhlovodíku a příponou nenasycené vazeby

• základní řetězec má co nejvíce násobných vazeb

• násobnou vazbu v postranním řetězci uvádíme v závorce do názvu substituentu (jedničku má uhlík spojený s hlavním řetězcem), který ukončujeme příponou –yl



16

• při stejném počtu násobných vazeb upřednostníme větší počet dvojných vazeb

• při stejném počtu dvojných i trojných vazeb v základních řetězcích považujeme za základní ten s více atomy uhlíku

• po vyčerpání výše zmiňovaných pravidel se řídíme pravidly o alkanech



17

• monocyklické molekuly • za předponu cyklo–, značící uzavřený řetězec, přidáme název alifatického

uhlovodíku podle počtu atomů uhlíku v cyklu • v případě rozvětvených uhlovodíkových řetězců navázaných na cyklus dbáme

pravidel popsaných dříve

Cyklické sloučeniny uhlovodíků


18

• speciální skupina cyklických uhlovodíků • vzorce je možno zapisovat více způsoby

• většinou se používají triviální názvy, které jsou základem semisystematických • odtržením vodíku z molekuly arenu vzniká aryl (např. benzen -> benz-1-yl, triviálně

fenyl) • odtržením dvou atomů vodíku od benzenu dostáváme skupinu sloučenin zvanou

fenylen; podle pozice odtržených atomů nazýváme polohy ortho, meta a para • existují dvě možnosti vyjádření - před slovo fenylen připojíme číselné nebo

písmenné lokanty (ty by měli být kurzívou) • při odstranění více než dvou atomů vodíku z benzenu použijeme již jen číselné

lokanty, násobící předponu a příponu –yl

Aromatické uhlovodíky (areny)


19

• nahrazením jednoho vodíku molekulou methylu vzniká toluen • název tolyl (ortho, meta a para) vzniká odtržením vodíku z místa kruhu • název benzyl vzniká odtržením vodíku z methylové skupiny; při vícenásobném

ochuzení substituentu o vodíky vznikne benzyliden nebo benzylidyn

• je-li na benzenovém jádře více shodných substituentů, nesmíme vzít za základní řetězec takový, který by v sobě obsahoval jeden substituent (např. methyltoluen, vinylstyren apod.); použijeme buď triviální název jako celek (xylen) nebo základ benzen (divinylbenzen)



20

• kondenzované areny obsahují více než jeden cyklus a jádra na sebe těsně doléhají; nekondenzované areny obsahují více než jeden cyklus a jádra na sebe nedoléhají

• číslování naftalenu se provádí po obvodu, nakonec se čísluje dvojice společně sdílených atomů uhlíku; polohy 1, 4, 5, 8 jsou si rovnocenné a bývají označovány jako polohy α; polohy 2, 3, 6, 7 jsou také rovnocenné a nazýváme je polohami β

• aryly odvozené od naftalenu používají tradiční stažené názvy (např. 2-naftyl místo teoreticky správného naftalen-2-yl)

• při podobném číslování antracenu se polohy 9, 10 nazývají γ • v případě fenantrenu je číslování viz obrázek



21

• nekondenzované areny obsahují více než jeden cyklus a jádra na sebe nedoléhají • dvě benzenová jádra přímo na sebe napojená tvoří bifenyl; jeho aryly jsou xenyly

(o,m,p) • další dvě sloučeniny mají semisystematický název difenylmethan a trifenylmethan



22

• názvy aromatických látek je možno použít při pojmenování některých cyklických (nearomatických) látek

• číselně označíme místa, kde byla u arenu dvojná vazba hydrogenována a použijeme předponu hydro, resp. dihydro atd. pro více vodíků; nakonec připojíme název arenu

• v případě vysycení všech dvojných vazeb lze použít příponu per–



23

• sloučeniny s dvěma uzavřenými řetězci (cykly), které mají dva nebo více společných atomů uhlíku

• struktura je tvořena třemi alifatickými řetězci s propojenými krajními uhlíky na každé straně dalším atomem uhlíku

• název začíná klíčovým slovem bicyklo; v hranaté závorce za ním jsou tři čísla značící počty atomů uhlíku ve třech řetězcích oddělená tečkou; nakonec je název acyklického uhlovodíku dle počtu uhlíků v obou cyklech (součet čísel v závorce + 2 "spojovací" uhlíky)

Bicyklické sloučeniny


24

• u složitých struktur s násobnými vazbami a navázanými substituenty je třeba bicykl správně očíslovat; číslování začíná na jednom ze dvou „uzlových“ uhlíků a pokračuje přes nejdelší dílčí řetězec, druhý „uzel“, kratší a nakonec nejkratší řetězec

• nachází-li se dvojná vazba mezi uhlíky, které za sebou nenásledují v očíslování, označíme tuto skutečnost tím, že umístíme za nižší číslo to vyšší do kulaté závorky

Bicyklické sloučeniny

Významné alifatické sloučeniny

25

• nejjednodušší uhlovodík • při pokojové teplotě netoxický plyn bez barvy a zápachu, lehčí než vzduch • hlavním zdrojem je přírodní surovina zemní plyn • může reagovat explozivně s kyslíkem • meze výbušnosti 4,4 - 15 obj%; nutno průběžně sledovat koncentraci důlního

plynu v uhelných dolech, aby se předešlo katastrofám • do atmosféry se dostává jako produkt rozkladu látek biogenního původu • v podzemí jako hlavní složka zemního plynu, jako součást důlního plynu a

rozpuštěný v ropě • silně absorbuje infračervené záření, patří mezi významné skleníkové plyny

zvyšující teplotu zemské atmosféry (je 20× účinnější než CO2)

Methan

Ethan • druhý nejjednodušší nasycený uhlovodík • za normálních podmínek je to bezbarvý hořlavý plyn bez zápachu, nepatrně těžší

než vzduch; ve směsi se vzduchem (3 - 12,5 % ethanu) snadno exploduje • při vdechnutí má slabě narkotické účinky; v mikrobiologii, fyziologii a lékařství se

kapalný ethan používá ke zmrazování mikroskopických vzorků • z ethanu jsou ethen a chlorethen pro výrobu plastů a kyselina octová


26

• bezbarvý hořlavý plyn bez zápachu, výrazně těžší (1,55x) než vzduch • ve směsi se vzduchem (2,1 – 9,5 % propanu) snadno exploduje • je součástí topné směsi uhlovodíků označované propan-butan • při vdechnutí má slabě narkotické účinky; větší koncentrace ve vzduchu může vést

k zadušení, díky své vyšší hustotě může vytěsnit vzduch potřebný k dýchání • jako součást hnacích plynů v aerosolových bombičkách; v chladírenství jako

teplonosné médium

Propan

Butan

• velmi hořlavý, bezbarvý, snadno zkapalnitelný plyn bez zápachu • toxické účinky jsou dány vytlačováním kyslíku; inhalace butanu může způsobit

euforii, ospalost, narkózu, asfyxii, srdeční arytmii a omrzliny • nejčastěji zneužívaná těkavá látka ve Velké Británii; vstřikováním přímo do krku se

expanzí rychle ochlazuje na -20°C a může způsobit prodloužený laryngospasmus; syndrom „náhlé čichačovy smrti“ je nejčastější prostou příčinou smrtí spjatých s rozpouštědly, tvoří 55 % známých smrtelných případů


27

• bezbarvý hořlavý plyn nasládlé vůně, se vzduchem tvoří výbušnou směs • obsažen v zemním plynu; základní surovina chemického průmyslu • k výrobě ethylenoxidu, polyethylenu, styrenu • v přírodě se vyskytuje jako fytohormon; jeho tvorba v je ovlivňována auxiny • urychluje senescenci květů, zrání plodů a opadávání listů

Ethen (ethylen)

Ethyn (acetylen)

• za normálního tlaku a teploty se jedná o bezbarvý plyn vonící po éteru • dříve sváření plamenem acetylen-kyslík (3300°C) • vdechování ethynu může způsobovat závratě, bolesti hlavy a nauseu • v poslední době občas zneužíván podobným způsobem jako oxid dusný

Propen (propylen)

• za normálních podmínek bezbarvý plyn bez zápachu; extrémně hořlavý • základní surovina pro výrobu polypropylenu a acetonu


28

• za normálních podmínek bezbarvá prchavá kapalina, velmi hořlavá • syntetizován mnoha rostlinami; slouží jako stavební jednotka pro tvorbu terpenů • základní stavební jednotka kaučuku • aktivní isoprenová jednotka se podílí na syntéze cholesterolu

Isopren (2-methylbuta-1,3-dien)

Reakce alkenů

• nenasycená dvojná vazba je funkční skupina poskytující řadu reakcí

• ethen + H2 – CH2-CH2 – + H2O – CH-CH2 – – CH=CH – I

OH + Halogen – CH-CH –

I I Hal Hal

Významné cyklické sloučeniny

29

• nepolární rozpouštědlo v chemickém průmyslu • surovina pro průmyslovou výrobu kyseliny adipové a kaprolaktamu (meziproduktů

pro výrobu polyamidů) • unikátní chemické a konformačním vlastnosti – laboratorní standard

Cyklohexan

Steran (cyklopentanoperhydrofenantren)

• základ steroidních látek

Významné aromatické sloučeniny

30

• bezbarvá, hořlavá a toxická kapalina s nasládlým zápachem • zdrojem benzenu jsou zplodiny z automobilové dopravy a jeho vypařování z

motorových paliv během manipulace, distribuce a skladování • vdechování malého množství způsobuje bolest hlavy, pocit únavy, zrychlení

srdečního tepu, chvění a ztrátu vědomí • poškozuje kostní dřeň a způsobuje chudokrevnost; je klasifikován jako

rakovinotvorný pro člověka, způsobuje leukemii a rakovinu plic • je toxičtější než toluen

benzen fenol toluen kys. benzoová kys. hippurová

Benzen

Anilin

• bezbarvá olejovitá kapalina; na vzduchu se snadno oxiduje na žlutou až hnědou • v největším množství vyráběná organická zásada • používá se při výrobě barviv a léčiv; v současnosti největší využití jako reakční

komponenta při výrobě polyuretanů • k otravě dochází požitím, nadýcháním nebo vstřebáním kůži; projevuje se

cyanózou; působí také na CNS

Významné aromatické sloučeniny

31

anilin fenylhydroxylamin nitrobenzen acetanilid nitrosobenzen acetanilid – antipyretické účinky, dříve používán jako léčivo fenylhydroxylamin – atakuje oxyhemoglobin a mění ho na methemoglobin nitrobenzen – ochrnuje CNS a má hemolytický účinek nitrosobenzen – váže se na řadu biologických struktur, má silné karcinogenní účinky

Anilin

Benzidin

• dlouhou dobu používán v laboratoři k průkazu krve • zjistilo se, že má silné karcinogenní účinky • vyvolává rakovinu močového měchýře a slinivky břišní

Máslová žluť (4-dimethylaminoazobenzen)

• vyráběla se z anilinu; používána více než 50 let • později se zjistilo, že se jedná o silný karcinogen

Významné polycyklické aromatické sloučeniny

32

Pyren

• vzniká při nedokonalém spalování organických sloučenin • toxický pro ledviny a játra • dráždí kůži a může způsobovat její chronické odbarvení

Benzpyren

• nachází se v uhelném dehtu, v automobilových výfukových plynech, v každém kouři vzniklém při spalování organických materiálů (včetně listů tabáku při kouření) a v grilovaných potravinách

• v připálených toastech jsou koncentrace vyšší, než se dříve myslelo • vařené produkty z masa jsou epidemiologicky spojovány se zvýšeným výskytem

nádorů tlustého střeva (až 5,5 ng/g ve smaženém kuřeti, 62,6 ng/g v přepečeném hovězím masu)

Nejsilnější známé karcinogeny cholantren methylcholantren

Významné polycyklické aromatické sloučeniny

33

Polychlorované bifenyly (PCB)

• mají vynikající technické vlastnosti • zvláčňují PVC a plasty, zvyšují přilnavost a odolnost laků a barev • mají mutagenní a karcinogenní vlastnosti • značně odolné vůči oxidaci, poločas rozkladu přes 10 let • ovlivňují reprodukční schopnosti

DDT

• vynikající insekticidní vlastnosti • hubení vší jako prevence vzniku epidemií skvrnitého tyfu za války • postřik rozsáhlých území v boji proti malárii

Dioxin (TCDD)

• spojen s výrobou herbicidů • výroba vychází z tetrachlorbenzenu při 180°C -> herbicid • při přehřátí vzniká dioxan • při válce ve Vietnamu použit herbicid „Agent Orange“ • totální jed nebezpečný pro všechny organismy • smrtelná otrava probíhá několik dní

přednáška č - lfp.cuni.cz · • u složitých struktur s násobnými vazbami a navázanými...

Documents