Ostatni dzwonek przed maturą - dlaszkol.chemia.uj.edu.pl
Post on 25-Nov-2021
1 Views
Preview:
Transcript
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
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
top related