Chemia Organiczna część 3

Tłuszcze i woski

Tłuszcze - inaczej glicerydy są estrami kwasów tłuszczowych i glicerolu.
Składnikami tłuszczów są kwasy monokarboksylowe nasycone i nienasycone, zawierające
normalne łańcuchy alifatyczne o parzystej liczbie (od 4 do 26) atomów węgla.
Od niższych kwasów karboksylowych różnią się głównie tym, że z powodu przewagi części
hydrofobowej nad hydrofilową są nierozpuszczalne w wodzie i mają neutralne pH.
Tab 7.1. Kwasy tworzące tłuszcze (przykłady występujących w przyrodzie)
Nazwa kwasu

Wzór kwasu

Kwasy nasycone

Kwas

masłowy

(C

4

)

CH

3

(CH

2

)

2

COOH

Kwas

laurynowy

(C

12

)

CH

3

(CH

2

)

10

COOH

Kwas

mirystynowy

(C

14

)

CH

3

(CH

2

)

12

COOH

Kwas

palmitynowy

(C

16

)

CH

3

(CH

2

)

14

COOH

Kwas

stearynowy

(C

18

)

CH

3

(CH

2

)

16

COOH

Kwas

arachidowy

(C

20

)

CH

3

(CH

2

)

18

COOH

Kwasy nienasycone

Kwas

oleinowy

(C

18

)

CH

3

(CH

2

)

7

CH=CH(CH

2

)

7

COOH

Kwas

linolowy

(C

18

)

CH

3

(CH

2

)

4

CH=CHCH

2

CH=CH(CH

2

)

7

COOH

Kwas

linolenowy

(C

18

)

CH

3

CH

2

CH=CHCH

2

CH=CHCH

2

CH=CH(CH

2

)

7

COOH

Kwas

oleostearynowy

(C

18

)

CH

3

(CH

2

)

3

CH=CHCH=CHCH=CH(CH

2

)

7

COOH

Tłuszcze można ogólnie opisać następującym wzorem:

Rodniki alkilowe mogą być identyczne lub różne. W przyrodzie przeważają tłuszcze
mieszane.
Tłuszczach stałych przeważają kwasy tłuszczowe nasycone, w olejach – kwasy nienasycone.

♦

Tłuszcze zwierzęce mogą być: stałe - łój wołowy i barani, półstałe smalec,
masło; płynne – tran rybi.

♦

Tłuszcze roślinne mogą być stałe – olej palmowy i kokosowy, masło kakaowe,
płynne – olej rzepakowy, konopny, rycynowy, itp.

Woski należą do substancji stałych pochodzenia naturalnego lub syntetycznego o złożonej
budowie chemicznej.
Skład chemiczny wosków tworzą najczęściej estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi
(głównie monohydroksylowych).
Kwasy

Palmitynowy C

15

H

31

COOH

Cerotynowy C

25

H

51

COOH

Melisowy C

35

H

61

COOH

Alkohole

Cetylowy C

16

H

33

OH

Cerylowy C

26

H

53

OH

Mirycylowy C

31

H

63

OH

Woski występujące w przyrodzie: wosk pszczeli, lanolina

Chlorowcokwasy

Chlorowcokwasy są kwasami karboksylowymi, które w łańcuchu węglowodorowym rodnika
alifatycznego zawierają jeden lub więcej atomów chlorowca.
Atomy chlorowca mogą zajmować różne położenie w stosunku do grupy karboksylowej.
(

α, β, γ

).

W prowadzenie chlorowca do cząsteczki kwasu karboksylowego zwiększa jego moc (stopień
dysocjacji). Wpływ ten rośnie ze wzrostem liczby atomów chlorowca w rodniku i jest tym
większy, im bliżej grupy karboksylowej wprowadzony został chlorowiec.

Hydroksykwasy

Hydroksykwasy

są

związkami

karboksylowymi

zawierajęcymi

w

łańcuchu

węglowodorowym rodnika alifatycznego grupy hydroksylowe w miejsce atomu wodoru.
Grupa hydroksylowa może, tak jak zajmować różne położenie w stosunku do grupy
karboksylowej. (

α, β, γ

).

np.: kwas mlekowy, jabłkowy, cytrynowy
OH-CH

2

COOH – kwas glikolowy (najprostszy a – hydroksykwas )

Izomeria optyczna

Izomeria optyczna polega na występowaniu dwu różnych odmian postaci niektórych
związków chemicznych, które różnią się tym, że stanowią swoje wzajemnie nienakładalne
odbicie lustrzane.

Pary takich izomerów nazwa się enancjopmerami, ich istnienie jest związane z chiralnością.
Czasami do izomerów optycznych zalicza się również diastereoizomery,, które nie są jednak
swoimi odbiciami lustrzanymi
Enancjomery są to substancje chemiczne, które są własnymi lustrzanymi odbiciami. Mogą
istnieć tylko dwa enancjomery danego związku chemicznego.

Aminokwasy

Aminokwasy są pochodnymi kwasów karboksylowych zawierajęcych w cząsteczce grupy
funkcyjne: karboksylową -COOH i aminową –NH

2

.

Niektóre aminokwasy zawierają więcej grup karboksylowych lub aminowych.
Aminokwasy dzielimy na :

Alifatyczne

Aromatyczne.

Ogólny wzór opisujący aminokwasy

Przykłady prostych aminokwasów:

Ze względu na wzajemną relację ilościową grup aminowych i karboksylowych w cząsteczce
wyróżnia się:

Aminokwasy obojętne – zawierają jedna grupę karboksylową i jedną aminową

Aminokwasy zasadowe – zawierają więcej grup aminowych w cząsteczce,

Aminokwasy kwasowe, zawieją więcej grup karboksylowych w cząsteczce.

Reakcje chemiczne, jakim ulegają aminokwasy są zgodne z oczekiwaniami dla związku
zawierającego grupę karboksylową, jak również dla aminy.
Właściwości fizyczne i fizykochemiczne:

Aminokwasy są krystalicznymi ciałami stałymi, (można spodziewać się raczej cieczy),

Dość dobrze rozpuszczają się w wodzie, nie rozpuszczając się prawie
w rozpuszczalnikach niepolarnych.

Wyznaczona kwasowość jest wielokrotnie słabsza od mocy innych kwasów
karboksylowych choć ze względu na obecność grupy aminowej w pozycji a do grupy
karboksylowej (oczekiwać raczej należało zwiększenia kwasowości).

Wszystkie te i inne właściwości są wynikiem oddziaływania chemicznego między zasadową
grupą aminową i kwasową grupą karboksylową.
Wynikiem posiadania przez cząsteczkę aminokwasu dwóch grup o przeciwstawnym działaniu
jest występowanie tzw. punktu izoelektrycznego.
Cząsteczka aminokwasu w środowisku silnie kwaśnym (niskie pH) będzie występować jako
sól amonowa (NH

4

+

),

zaś dysocjacja grupy karboksylowej w tych warunkach będzie całkowicie cofnięta.

Jeżeli w roztworze aminokwas będzie występował głównie w postaci jonu. Cząsteczka będzie
miała ładunek ujemny na tlenie zdysocjowanego karboksylu (–COO

-

) i dodatni na

protonowanej grupie aminowej (NH

3

+

).

Roztwór będzie zachowywał się tak, jakby wszystkie cząsteczki były elektrycznie

obojętne jeżeli roztworze będą istniały głównie jony obojnacze i pewna ilość cząsteczki
obojętnych, niezdysocjowanych.
To pH tego roztworu nazywamy punktem izoelektrycznym danego aminokwasu (ogólnie
cząsteczki o charakterze kwasowo-zasadowym, a wartość tego pH wyznacza stosunek
wartości stałej dysocjacji karboksylu i stałej dysocjacji grupy aminowej danego związku

Naturalne aminokwasy to a-aminokwasy, a więc wszystkie - z wyjątkiem glicyny - posiadają
centrum asymetrii przy węglu a i wszystkie charakteryzują się konfiguracją L.

Układ połączonych dwóch cząsteczek aminokwasów stanowi dipeptyd. Dipeptydy wykazują
nadal właściwości aminokwasów i mogą kondensować z następnymi cząsteczkami
aminokwasów.
Wiązanie – C -N- nazywamy peptydowym
|| |
O H

Peptydy i białka

Peptydy - związki zbudowane z kilku (co najmniej dwóch) reszt aminokwasowych.
Peptydy zbudowane z dwóch reszt aminokwasowych to dwupeptydy, z trzech - tripeptydy, z
czterech - tetrapeptydy itd. (Do 10 reszt mają oligopeptydy)
Polipeptydy zawierające więcej niż 100 reszt aminokwasowych noszą nazwę białek.

Glutation - tripeptyd zbudowany z reszt trzech aminokwasów: kwasu glutaminowego,
cysteiny i glicyny

Kolejność ułożenia aminokwasów w łańcuchu peptydowym czyli sekwencja jest podstawową
informacją dotycząca budowy peptydów i białek.
Sekwencja (kolejność) reszt aminokwasowych w łańcuchach peptydowych nosi nazwę
struktury pierwszorzędowej peptydów (białek). (Jest utrzymywana za pomocą wiązań
peptydowych).
Strukturą drugorzędową nazywa się układ przestrzenny łańcuchów peptydowych,
wynikający

z

występowania

wiązań

wodorowych

i

mostków

disulfidowych.

Wiązania wodorowe występują między grupami dwóch różnych wiązań peptydowych.

Istnieją dwa modele drugorzędowej struktury białka:



struktura a - heliksa - (prawoskrętna linia śrubowa), wiązania wodorowe między
grupami należącymi do sąsiednich zwojów heliksy



struktura b - wiązaniami wodorowymi połączone są dwa wyprostowane łańcuchy
położone równolegle obok siebie.

Struktura trzeciorzędowa opisuje układ przestrzenny zwiniętego w heliksę łańcucha
peptydowego.(Stabilizują mostki disulfidowe, wiązania wodorowe, siły Van der Waalsa)
Struktura czwartorzędowa opisuje wzajemny układ przestrzenny poszczególnych
łańcuchów polipeptydowych w cząsteczkach białek. (Wykazują białka o innym rodzaju
wiązań (niesulfidowe i niepeptydowe

Struktura białek warunkuje ich fizyczne, chemiczne, a co z tym ściśle związane, biologiczne
właściwości poszczególnych białek.
Generalnie można białka podzielić na dwie duże grupy - białka fibrylarne ("włókniste", nie
rozpuszczalne w wodzie) i białka globularne ("kłębuszkowate", rozpuszczalne w wodzie). Ze
względu na wielkość molekuły białka, roztwory wodne białek są roztworami koloidalnymi.
Pod wpływem temperatury, silnych elektrolitów, stężonych alkoholi itp. następuje
nieodwracalne zniszczenie struktury białka czyli denaturacja. Ogólnie można przyjąć, że
właściwości - szczególnie biologiczne - białek są bardzo wrażliwe na stosunkowo nawet
niewielkie zmiany w środowisku w którym występują.

Węglowodany - cukry

Cukry są wielowodorotlenowymi ketonami lub aldehydami.
Cukrów można otrzymać na skutek hydrolizy hydroksyketony i hydroksyaldehydy.
Węglowodany pełnią różnorodne funkcje w organizmie (zapasowe, transportowe, budulcowe
i wchodzą one w skład DNA i RNA). Nie wszystkie z nich są jednak przyswajalne przez
organizm człowieka. Do cukrów przyswajalnych należy np. fruktoza i skrobia, a
nieprzyswajalnym jest błonnik.

Węglowodany można podzielić na :

proste - monosacharydy, które nie ulegają hydrolizie

złożone – polisacharydy, które ulegją hydrolizie.

Cukry proste (monocukrami) to związki będące wielowodorotlenowymi alkoholami z grupą
aldehydową (aldozy) lub ketonową (ketozy).
Aldozy posiadają grupę aldehydową (np. glukoza), natomiast ketozy - grupę ketonową (np.
fruktoza).
Cukry proste można podzielić również ze względu na liczbę atomów węgla na:

triozy mające trzy atomy węgla (np. aldehyd glicerynowy),

tetrozy o czterech atomach węgla,

pentozy posiadające pięć atomów węgla w cząsteczce (np. dezoksyryboza i
ryboza)

heksozy o sześciu atomach (fruktoza i glukoza).

glukoza

sorbona

saharoza

Aminy

Aminy to związki organiczne zawierające w swojej budowie grupę aminową będącą
pochodną amoniaku (-NH

2

, =NH, =N-).

Aminy dzieli się na pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowe, jednak ten podział nie przebiega tak,
jak w przypadku alkoholi, lecz wynika z liczby grup organicznych bezpośrednio
przyłączonych do atomu azotu.

Amoniak

Amina I rzędowa

Amina II rzędowa

Amina III rzędowa

Nazwy amin tworzy się przez dodanie przyrostka -amina do nazwy łańcucha
węglowodorowego, przyłączonego do azotu grupy aminowej.
Dla amin II i III rzędowych podajemy alfabetycznie wszystkie łańcuchy węglowodorowe
połączone z azotem. Aby uniknąć dwuznaczności w określaniu miejsca podstawienia grup
alkilowych, przed nazwa grupy związanej z azotem dodajemy dużą literę N- co oznacza, że
alkil związany jest bezpośrednio z azotem grupy aminowej.
Aby uniknąć dwuznaczności w określaniu miejsca podstawienia grup alkilowych, przed
nazwa grupy związanej z azotem dodajemy dużą literę N- co oznacza, że alkil związany jest
bezpośrednio z azotem grupy aminowej.

Najprostsza amina aromatyczna nosi nazwę zwyczajową - anilina i od niej tworzy się nazwy
związków pochodnych. Wyjątek stanowi metyloanilina zwana toluidyną (traktujemy ją jako
aminową pochodną toluenu)