Ostatni dzwonek przed maturą - dlaszkol.chemia.uj.edu.pl
Transcript of Ostatni dzwonek przed maturą - dlaszkol.chemia.uj.edu.pl
Ostatni dzwonek przed maturą
Wielofunkcyjne pochodne węglowodorów
Warsztaty Maturalne organizowane przez Wydział Chemii Uniwersytetu JagiellońskiegoTomasz Wichur, Michał Płotek, Karol Dudek-Różycki
CUKRY = węglowodany = sacharydy
• cukry to związki wielofunkcyjne –polihydroksyaldehydy, polihydroksyketony
Odczyn wodnych roztworów cukrów jest obojętny
Nazwa węglowodan: wielu cukrom odpowiada wzór Cn(H2O)m
7
CUKRY – podział
Cukry
Cukry proste
(monosacharydy)
Cukry złożone
– disacharydy
– polisacharydy
Rodzaj grupy karbonylowej
aldozy ketozy
Liczba atomów
węgla
triozy tetrozy pentozy heksozy
cukry złożone sązbudowane z RESZT
cukrów prostych
8
Cukry powstają w procesie fotosyntezy
10
https://favpng.com/png_view/plants-photosynthesis-plant-cell-cellular-respiration-chloroplast-png/wc8Dj4Jm
AldopentozyWzór grupowy aldopentoz:
Liczba centrów stereogenicznych: 3 => liczba stereoizomerów: 8, co odpowiada 4 parom enancjomerów D i L.
John McMurry, Chemia Organiczna, t. 4, PWN, Warszawa 200711
Cukry szeregu D i L
D-ryboza L-ryboza
Cukry występujące w przyrodzie to cukry szeregu D, co oznacza, że grupa –OH na przedostatnim atomie C (a ostatnim centrum stereogenicznym) licząc od grupy karbonylowej znajduje się po prawej stronie!
13
AldoheksozyWzór grupowy aldoheksoz:
Liczba centrów stereogenicznych: 4 => liczba stereoizomerów: 16, co odpowiada 8 parom enancjomerów D i L.
John McMurry, Chemia Organiczna, t. 4, PWN, Warszawa 200715
Cukry w stanie stałym występują w formie pierścieniowej, a nie łańcuchowej
Jak powstają formy pierścieniowe?
Alkohole ulegają addycji do aldehydów lub ketonów, tworząc hemiacetale:
addycja nukleofilowa
17
Rysowanie wzorów taflowych Hawortha
sześcioczłonowy pierścień
LGto co po lewej, to do góry
ANOMERY
20
Anomery
Diastereoizomery cyklicznych form cukrów różniące się konfiguracją na C1 (aldozy) czy C2 (2-ketozy) (różnią się konfiguracją przy hemiacetalowym atomie C).
a-D-glukopiranoza
b-D-glukopiranoza
a-D-fruktofuranoza
b-D-fruktofuranoza24
Mutarotacja
• Rozpuszczając w wodzie anomer α, a otrzymujemy mieszaninęcyklicznych form α i β oraz formę łańcuchową
• Formy łańcuchowe pojawiają się w roztworach wodnych, ale ich ilośćjest bardzo niewielka (ok. 0,02%)
25
Epimery
diastereoizomery różniące się konfiguracją tylko na jednym z dwóch lub więcej centrów stereogenicznych obecnych w cząsteczce
26
Zarówno glukoza jak i fruktoza posiadają właściwości redukujące!!
27
Nie, poniewaz ̇ w środowisku o odczynie zasadowym, jaki ma odczynnik Tollensa, fruktoza ulega izomeryzacji do formy z grupą aldehydową.
maj 2012
Postać endiolowa
• Po rozpuszczeniu w wodzie glukozy jej część przekształca się we fruktozę (korzystne środowisko zasadowe) i na odwrót
C
C
C
C
C
CH2OH
OH
OH H
H OH
H OH
OHHCH
CH
C
C
C
CH2OH
OH
OH H
H OH
H OH
O
C
C
C
CH2OH
OH H
H OH
H OH
C O
CH2
OH
28
Disacharydy – maltoza
2 reszty D-glukopiranozy połączone wiązaniem α-1,4-glikozydowym
4-O-(a-D-glukopiranozylo)-a-D-glukopiranoza
lub b
maltoza jest dwucukrem redukującym
29
Disacharydy - sacharoza
reszta α-D-glukopiranozy + reszta β-D-fruktofuranozy
połączone wiązaniem
1,2-glikozydowym
a-D-glukopiranozylo-b-D-fruktofuranozyd = b-D-fruktofuranozylo-a-D-glukopiranozyd
sacharoza jest dwucukrem nieredukującym
30
Disacharydy – budowa a właściwości redukujące
Jeśli wiązanie glikozydowe tworzy się między dwoma anomerycznymi atomami C obureszt monosacharydowych, nie istnieje możliwość otwarcia żadnego z pierścieni resztmonosacharydowych i tym samym odtworzenia wolnej grupy karbonylowejodpowiedzialnej za właściwości redukujące.
Wł. redukujące – gdy przy jednym z anomerycznych atomów węgla obecna grupa–OH
31
Skrobia
amyloza
wiązania α-1,4-glikozydowe
amylopektyna
wiązania α-1,4-glikozydowe i
α-1,6-glikozydowe
jak w maltozie
Próba jodoskrobiowaJodyna lub płyn Lugola +
skrobia = granatowe zabarwienie
skrobia nie jest cukrem redukującym!
33
Celuloza
reszty glukozy połączone wiązaniem
β-1,4-glikozydowym
nie jest cukrem redukującym
jest nierozpuszczalna w wodzie
34
O
HH
H
O
OH
H OH
CH2OH
O
H
HH
H
O
OH
H OH
CH2OH
O
H
HH
H
O
OH
H OH
OCH2OH
H
Próba Tollensa
36
Odczynnik Tollensa jest wykorzystywany do wykrywania związków posiadających właściwości redukujące; najpopularniejszym przykładem takich substancji są związki posiadające grupę aldehydową
https://www.youtube.com/watch?v=9Q_54ivP1qc
maj 2012
Doświadczenie 1. Sporządzanie odczynnika Tollensa.
37
NH3(aq)
AgNO3(aq)
O: Początkowo wytrąca się
………………………………………… osad.W miarę dodawania kolejnych porcji wody amoniakalnej osad ulega roztworzeniu.
W: Powstającym przejściowo osadem
jest ……………………………………………...W miarę dodawania kolejnych porcji wody amoniakalnej osad ten ulega roztworzeniu,
ponieważ jony ……………….tworzą rozpuszczalny w wodzie kation kompleksowy.
wytrącanie osadu
2AgNO3 + 2NH3 + H2O → Ag2O↓ + 2NH4NO3
2Ag+ + 2OH- → Ag2O↓ + H2O
roztwarzanie osadu
Ag2O + 2NH3 + H2O → 2[Ag(NH3)2]OH
Ag2O + 2NH3 + H2O → 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH-
38
odczynnik Tollensa ma odczyn ZASADOWY
Doświadczenie 2. Badanie zachowania się wodnych roztworów maltozy, glukozy i fruktozy wobec odczynnika Tollensa.
39
O: We wszystkich probówkach na ściankach pojawia się ………………………………................
W: Maltoza, glukoza oraz fruktoza posiadają właściwości ………………………………. (Wynika to z obecności grupy aldehydowej w cząsteczkach tych cukrów, która w przypadku fruktozy powstaje na drodze izomeryzacji grupy karbonylowej, zachodzącej w zasadowym środowisku reakcji, a w przypadku maltozy na drodze otwarcia jednego z pierścieni).
Doświadczenie 2. Badanie zachowania się wodnych roztworów maltozy, glukozy i fruktozy wobec odczynnika Tollensa.
40
Glukoza i fruktoza:
HOCH2-(CH(OH))4-CHO + 2Ag(NH3)2+ + 2OH- →
→ HOCH2-(CH(OH))4-COO- + NH4+ + 2Ag↓ + 3NH3↑+ H2O
Maltoza:1. Otwarcie pierścienia
2. Reakcja grupy aldehydowej
O
HH
H
OHOH
H OH
H
OH
O
O
OHH
HH
OH
H OH
H
OH
O
HH
H
OHOH
H OH
H
OH
O
CH
HH
H
OH
H OH
OH
OH O
Doświadczenie 3. Odróżnianie glukozy od fruktozy.
41
Br2(aq),
NaHCO3(aq)
1)
X
Br2(aq),
NaHCO3(aq)
2)
Y
O: W probówce ……… woda bromowa odbarwia się, następuje wydzielenie pęcherzyków gazu.
W probówce ……… brak zmian.
W: X jest wodnym roztworem aldozy-glukozy, zaś Y wodnym
roztworem ketozy-fruktozy. ……………… pod wpływem wody bromowej
utlenia się do kwasu glukonowego, ……………… takiej reakcji nie ulega.
Wodorotlenek miedzi(II) i jego zastosowanie
Świeżo strącony Cu(OH)2 znalazł zastosowanie w reakcjach:• odróżniania alkoholi mono- od polihydroksylowych• odróżniania aldehydów od ketonów (reakcja
Trommera)• odróżniania cukrów redukujących od cukrów
nieredukujących
43
Pamiętaj! Wodorotlenek miedzi(II) jest przy ogrzewaniu rozkłada się
Cu(OH)2
𝑇CuO + H2O
czarny proszek
niebieski, galaretowaty osad
Doświadczenie 4. Badanie zachowania się glukozy, etan-1,2-diolu, etanolu oraz sacharozy wobec świeżo strąconego osadu wodorotlenku miedzi(II).
44
Obserwacje:I, II, IV: osad roztwarza się, powstaje klarowny, szafirowy roztwórIII: brak zmian
Wnioski: W przeciwieństwie do etanolu, który w cząsteczce zawiera jedną grupę –OH, glukoza, etano-1,2-diol oraz sacharoza są związkami polihydroksylowymitworzącymi związki kompleksowe z wodorotlenkiem miedzi(II)
45
Obserwacje:
…………………Brak zmian.
…………………Strąca się ceglastoczerwony osad.
Wnioski: Ceglastoczerwony osad to tlenek miedzi(I), glukoza jest cukrem redukującym.
46
Doświadczenie 4. Badanie zachowania się glukozy, etan-1,2-diolu, etanolu oraz sacharozy wobec świeżo strąconego osadu wodorotlenku miedzi(II).
47
Równanie zachodzącej reakcji w probówce I:
+ 2Cu(OH)2
T,OH−
+ Cu2O + 2H2O
https://www.youtube.com/watch?v=Vx12vCelh7A
https://www.youtube.com/watch?v=HUFDJ7IA74w
48
50
Diastereoizomery: ………………………………………………………..
Epimery: ………………………………………………………..
Enancjomery: ………………………………………………………..
52
Trehaloza nie posiada właściwości redukujących – pierścienie reszt obu monocukrówtworzących ten disacharyd nie mogą zostać otwarte z odtworzeniem grupyaldehydowej, ponieważ wiązaniem glikozydowym są związane oba anomeryczne(hemiacetalowe) atomy węgla.
Aminokwasy (ang. amino acids, aa)
• Aminokwasy to związki zawierające dwie grupyfunkcyjne: karboksylową i aminową
• Aminokwasami biogennymi są
a-L-aminokwasy
C H
COOH
R
NH2
57
Aminokwasy
• Aminokwasy w przeciwieństwie do amin i kwasów karboksylowych to nielotne krystaliczne ciała stałe, o dość wysokich temperaturach topnienia (z rozkładem)
• Aminokwasy są nierozpuszczalne w w rozpuszczalnikach niepolarnych takich jak np. benzyna; w wodzie za to rozpuszczają się dobrze
Dlaczego?
Jony obojnacze aminokwasów są rodzajem wewnętrznych soli i dlategomają wiele właściwości fizycznych charakterystycznych dla soli
58
Punkt izoelektryczny
Punkt izoelektryczny to wartość pH, przy której mamy największe
stężenie jonu obojnaczego aminokwasu:
Ze względu na wartość pH w punkcie izoelektrycznym możemy
podzielić aminokwasy na kwasowe, zasadowe lub obojętne.
60
Aminokwasy biogenne
C H
COO-
R
NH3
+
• aa z niepolarnym łańcuchem bocznym• aa z polarnym, nienaładowanym łańcuchem bocznym • aa z polarnym, naładowanym łańcuchem bocznym
61
Który aminokwas nie jest czynny optycznie?
Który aminokwas ma więcej niż jedno centrum stereogeniczne?
Grafika - D. Voet, J. G. Voet, Biochemistry, Wiley, New York 201162
Który aminokwas ma więcej niż jedno centrum stereogeniczne?
Grafika - D. Voet, J. G. Voet, Biochemistry, Wiley, New York 201163
Wiązanie peptydowe = wiązanie amidowe
Wiązanie to powstaje m.in. w reakcji kondensacji aminokwasów.
Przykład: kondensacja 1 cząsteczki seryny z 1 cząsteczką alaniny
Wiązanie peptydowe jest płaskie!
Atomy O i H są zwykle w pozycji trans do siebie
64
Struktura przestrzenna białek
• Proces uzyskiwania odpowiedniej postaci przestrzennej,związany z tworzeniem II, III (i IV) rzędowej strukturybiałka to tzw. fałdowanie białka.
• Niesfałdowane białka nie posiadają aktywności, a białkaniewłaściwie sfałdowane posiadają aktywność inną odoczekiwanej.
Grafika - https://pl.wikipedia.org/wiki/Zwijanie_białka#/media/Plik:Protein_folding.png66
Struktura pierwszorzędowa…
… to po prostu sekwencja aminokwasów w łańcuchupolipeptydowym.
Tworzą ją kolejne aminokwasy połączone wiązaniamiamidowymi (peptydowymi) w łańcuch polipeptydowy
67
Struktura drugorzędowa
Regularne pofałdowanie fragmentów szkieletu polipeptydowego
wyróżniamy m.in. prawoskrętną helisę alfa oraz harmonijkę beta
jest stabilizowana przez wiązania wodorowe tworzone pomiędzy grupami NH i CO wiązań peptydowych.
Grafika - D. Voet, J. G. Voet, Biochemistry, Wiley, New York 2011 68
Struktura trzeciorzędowa
Trójwymiarowa struktura całego łańcucha polipeptydowego. Stabilizowana przez oddziaływania pomiędzy łańcuchami bocznymi aminokwasów.
• oddziaływania jonowe
• o. hydrofobowe• o. van der Waalsa, • wiązania wodorowe• mostki disiarczkowe
Grafika - Biology 2e, OpenStax, https://openstax.org/details/books/biology-2e69
Struktura czwartorzędowa
Dotyczy białek zbudowanych z podjednostek (dwu lub więcej łańcuchów polipeptydowych) i mówi o tym, jak są ułożone względem siebie łańcuchy polipeptydowe (wzajemna relacja podjednostek)
Grafika - D. Voet, J. G. Voet, Biochemistry, Wiley, New York 2011
70
Denaturacja
Denaturacja białka to proces niszczenia jego struktury IV, III i II
rzędowej, prowadzący do utraty aktywności białka.
Denaturację powodują:
sole metali ciężkich np. CuSO4, alkohole, stężone kwasy i zasady,temperatura, promieniowanie UV, RTG lub gamma
Grafika - http://www.lamission.edu/lifesciences/lecturenote/Chapter%2005%20-%20Lecture/Chapter%205%20-%20Lecture.pdf72
Wysolenie
Odwracalne wytrącenie białka z roztworu
• Zachodzi pod wpływem soli metali lekkich• Proces zaburzenia otoczki solwatacyjnej. Nie zaburza struktury
przestrzennej białka.• Proces odwracalny – po dodaniu rozpuszczalnika białko odzyskuje
swoją pierwotną postać.
Grafika -https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Saltin_in_%26_Salting_out.png
74
Próba ksantoproteinowa
Co stanie się jeżeli białko poddamy działaniu stężonego kwasu azotowego(V)?
reakcja dla aminokwasu
Grafika - https://pl.wikipedia.org/wiki/Reakcja_ksantoproteinowa#/media/Plik:Xanthoprotein-Reaktion.jpg 75
Doświadczenie 5. Wykrywanie wiązań amidowych (peptydowych).
CuSO4(aq)/KOHaq
1)
biuret
CuSO4(aq)/KOHaq
2)
białko jaja
kurzego
76
O: W obu probówkach powstaje …………………… zabarwienie.
W: 1), 2) Wykryto wiązanie amidowe (peptydowe).
CuSO4(aq)/KOHaq
1)
biuret
CuSO4(aq)/KOHaq
2)
białko jaja
kurzego