FARMACJA  Chemia organiczna
A N A L I Z A J A K O Åš C I O W A  C Z 
Ś Ć T R Z E C I A
ANALIZA GRUP FUNKCYJNYCH: W
GLOWODANY, AMINOKWASY, BIAA
KA, LIPIDY,
STEROIDY, ZWI
ZKI HETEROCYKLICZNE
W
GLOWODANY
Węglowodany (cukry, sacharydy) są związkami pochodzenia naturalnego, w
większości przypadków ich struktura daje wyrazić się wzorem ogólnym C (H O) . Aby
n 2 m
zaliczyć dany związek do węglowodanów należy brać pod uwagę jego właściwości
chemiczne i biologiczne.
Najbardziej ogólny podział cukrów przewiduje wyodrębnienie dwóch klas
związków:
1. cukry właściwe  węglowodany,
2. związki cukropodobne  substancje pektynowe, hemicelulozy, gumy roślinne itp.
Można powiedzieć, że węglowodany są polihydroksyaldehydami i
polihydroksyketonami, lub substancjami dajÄ…cymi tego typu zwiÄ…zki w wyniku hydrolizy.
Węglowodany obejmują bardzo liczną grupę związków o różnych właściwościach. Należą
tu zwiÄ…zki drobno- i wielkoczÄ…steczkowe, dobrze rozpuszczalne jak i praktycznie nie
rozpuszczalne w wodzie, o smaku słodkim i bez smaku, hydrolizujące i niehydrolizujące.
Węglowodany dzielimy zasadniczo na trzy typy:
1. monosacharydy (jednocukry, cukry proste), które nie ulegają hydrolizie
do prostszych cząsteczek; struktura odpowiada, z reguły, wzorowi C H O , gdzie n =
n 2n n
2,3,4,......10;
2. oligosacharydy (wielocukry proste), czyli pochodne monosacharydów,
zawierające wiązanie glikozydowe (acetalowe); w skład jednej cząsteczki
oligosacharydu może wchodzić od 2 do 9 cząsteczek monosacharydów;
3. polisacharydy (wielocukry złożone), makrocząsteczki o budowie podobnej do
oligosacharydów; w wyniku hydrolizy dają wielką liczbę cząsteczek monosacharydów.
Monosacharydy
Monosacharydy (jednocukry) sÄ… to polihydroksyaldehydy lub polihydroksyketony.
Dzielimy je w zależności od:
a. liczby atomów węgla w cząsteczce na: triozy, tetrozy, pentozy, heksozy, itd.,
b. obecności grupy funkcyjnej na: aldozy  posiadające grupę aldehydową, ketozy 
zawierajÄ…ce grupÄ™ ketonowÄ….
Poniżej przedstawione są wzory i nazwy monosacharydów należących do szeregu D
(konfiguracja podstawników na ostatnim asymetrycznym atomie węgla w cząsteczce jest
1
FARMACJA  Chemia organiczna
taka jak w aldehydzie D-glicerynowym). Pentozy i heksozy mają największe znaczenie
wśród monosacharydów.
ALDOZY KETOZY
D-erytroza D-treoza
D-erytruloza
O O
OH
H OH HO H
O
H OH H OH H OH
OH
OH OH
PENTOZY
D-rybuloza
D-ryboza D-arabinoza D-ksyloza D-liksoza D-ksyluloza
O O O O OH OH
H OH HO H H OH HO H O O
H OH H OH HO H HO H H OH HO H
H OH H OH H OH H OH H OH H OH
OH OH OH OH OH
OH
HEKSOZY
D-alloza
D-altroza D-glukoza D-mannoza D-psikoza D-fruktoza D-sorboza D-tagatoza
O O O
O
OH OH OH OH
H OH
HO H H OH HO H O O O O
H OH HO H HO H H OH HO H H OH HO H
H OH
H OH
H OH H OH H OH H OH H OH HO H HO H
H OH H OH H OH H OH H OH H OH H OH
H OH
OH OH OH OH
OH OH OH
OH
D-guloza D-idoza D-galaktoza D-taloza
O O O O
H OH HO H H OH HO H
H OH H OH HO H HO H
HO H HO H HO H HO H
H OH H OH H OH H OH
OH OH OH OH
Monosacharydy występują głównie w formie pierścieniowej dzięki tworzeniu się
wewnątrzcząsteczkowego wiązania hemiacetalowego pomiędzy grupą karbonylową i jedną
z grup hydroksylowych.
OH
OH
Projekcje Hawortha
H
OH
HO OH
O O O
H H H HO H
O
H H
H
H OH
H HO OH H
OH H
H OH
HO OH HO OH H OH
OH H
H OH OH H H OH
að-D-glukopiranoza að-D-fruktofuranoza að-D-fruktopiranoza
að-D-galaktopiranoza
H OH HOH2C OH H OH
HOH2C OH
H OH
HO H O HO H H OH
O O
O
HO H H OH HO H
H OH
H OH H OH HO H
H
H H
H
CH2OH
CH2OH CH2OH
Projekcje Fischera
H
2
FARMACJA  Chemia organiczna
Pięcio- i sześcioczłonowe cykliczne hemiacetale są szczególnie trwałe, stąd węglowodany
istnieją jako mieszanina form cyklicznych i łańcuchowych pozostających ze sobą w
równowadze. Dla pięcioczłonowej formy pierścieniowej cząsteczki cukru przyjęto
określenie furanoza, natomiast dla formy sześcioczłonowej  piranoza. Oba określenia
pochodzą od cyklicznych eterów: furanu i piranu.
Utworzenie ugrupowania hemiacetalowego skutkuje także utworzeniem
dodatkowego centrum stereogenicznego w cząsteczce cukru. Karbonylowy atom węgla,
pierwotnie o hybrydyzacji sp2, staje siÄ™ atomem tetraedrycznym o hybrydyzacji sp3,
połączonym z czterema różnymi atomami. W zależności od konfiguracji podstawników
przy tym wÅ‚aÅ›nie atomie wÄ™gla, możemy mieć do czynienia z anomerem Ä… lub ²
pierścieniowej formy cukru. Obie formy różnią się skręcalnością właściwą [ą] oraz,
D
nieznacznie, temperaturÄ… topnienia. Anomery w roztworze wodnym ulegajÄ… mutarotacji,
następuje odwracalne otwarcie pierścienia i odtworzenie grupy karbonylowej, po czym
zachodzi ponowne zamknięcie pierścienia, często z odwróceniem konfiguracji na
hemiacetalowym (anomerycznym) atomie węgla. Prowadzi to powstania mieszaniny
anomerów, pozostających wobec siebie w równowadze, a przez to do zmiany skręcalności
roztworu cukru. Proces ten zachodzi powoli w obojętnym pH, ale jest katalizowany
zarówno przez kwasy jak i zasady.
OH
anomeryczny at. C
OH OH
anomeryczny at. C
O
H OH
H
O OH
H
H H
H
H H bð
OH H
að
OH H OH H
O
HO H
HO OH HO
H OH
H OH H OH
bð-D-glukopiranoza
að-D-glukopiranoza
D-glukoza
64%
36%
[að]D = +18,70
[að]D = +112,20
[að]D roztworu w rownowadze = 36% x (+112,20) + 64% x (+18,70) = +52,360
Właściwości chemiczne cukrów wynikają z faktu, że związki te są jednocześnie
aldehydami lub ketonami oraz alkoholami. Z obecnością grup hydroksylowych wiąże się
zdolność cukrów do tworzenia estrów, z których duże znaczenie mają estry fosforanowe.
Estry te biorą udział w katabolicznych i anabolicznych przemianach cukrów.
Z obecnością grup karbonylowych wiąże się zdolność cukrów do enolizacji. Pod
wpływem rozcieńczonych zasad ketozy i aldozy ulegają wzajemnej izomeryzacji z
wytworzeniem pośrednich form endiolowych. Proces ten nazywany jest epimeryzacją, a
cukry w nim uczestniczące  epimerami. W środowisku zasadowym epimery pozostają ze
sobą w równowadze.
Przemiany tego typu zachodzą również w komórkach roślinnych i zwierzęcych,
katalizowane sÄ… przez enzymy  epimerazy.
3
FARMACJA  Chemia organiczna
O
Epimeryzacja
H OH
HO H
D-glukoza
OH
OH
H OH
H OH
O
OH -
HO
HO H - HO H
HO
OH
H OH
H OH
O
-
HO
H OH
H OH
HO H
OH
OH
HO H
D-mannoza
D-fruktoza endiol
H OH
H OH
OH
1. Reakcje z pochodnymi amoniaku
Grupa karbonylowa w cukrach, poza tendencją do enolizacji, wykazuje właściwości
typowe dla aldehydów i ketonów. Przede wszystkim ulega reakcjom addycji nukleofilowej;
w reakcjach z fenylohydrazynÄ…, hydroksyloaminÄ… itp. otrzymuje siÄ™ odpowiednie
pochodne azotowe (patrz, reakcje wspólne aldehydów i ketonów).
Dość istotną reakcją w analizie cukrów jest otrzymywanie osazonów. Cukry
redukujące w reakcji z fenylohydrazyną dają krystaliczne pochodne, różniące się
kształtem kryształów oraz temperaturami topnienia.
O
N NH C6H5 N NH C6H5 N NH C6H5
H OH
O
H OH N NH C6H5
NH2-NH-C H5 NH2-NH-C H5 NH2-NH-C H5
HO H
HO H 6 6 6
HO H
HO H
-H2O -H2O
-NH3, C6H5NH2
H OH
H OH
H OH
H OH
H OH
H OH
H OH
H OH
OH
OH OH
OH
glukoza osazon glukozy
fenylohydrazon glukozy
Ponieważ reakcja z fenylohydrazyną zachodzi na dwóch pierwszych atomach węgla, cukry
różniące się konfiguracją przestrzenną na tylko tych właśnie atomach węglach, a więc
będące w stosunku do siebie epimerami, tworzą identyczne osazony. Glukoza, fruktoza,
mannoza dają ten sam osazon, który krystalizuje w postaci żółtych, cienkich igiełek,
rozrzuconych pojedynczo lub zebranych w wiązki. Cukry różniące się konfiguracją na
dalszych atomach węgla tworzą różne osazony, na tej podstawie mogą być identyfikowane
oraz odróżniane jedne od drugich.
4
FARMACJA  Chemia organiczna
2. Próby grupowe cukrów
Cząsteczki cukrów pod wpływem stężonych kwasów, takich jak kwas solny,
siarkowy czy octowy, ulegają odwodnieniu i przekształcają się w pochodne furanu, z
pentoz powstaje furfural, z heksoz  5-hydroksymetylofurfural.
O
O
O
O
HOH C
2
HCl H
HCl
H
C6H12O6
C5H10O5
- 3H2O
- 3H2O
heksoza
pentoza
5-hydroksymetylofurfural
furfural
ZwiÄ…zki te kondensujÄ…c z fenolami dajÄ… barwne pochodne triarylometanowe.
Do barwnych prób cukrów (monosacharydów, ale również oligo- i polisacharydów, które
pod wpływem kwasów ulegają hydrolizie do cukrów prostych) należą następujące reakcje:
a. tymolowa  uzyskuje siÄ™ pochodne barwy czerwonej,
b. Molischa z Ä…-naftolem  barwa czerwonofioletowa),
c. Biala z orcyną na pentozy  roztwór zabarwia się na zielono,
d. Seliwanowa z rezorcyną na ketozy  roztwór zabarwia się na różowo.
Próby Molischa i tymolowa są reakcjami grupowymi. Znaczy to, że wynik ujemny
reakcji wyklucza obecność węglowodanów, natomiast dodatni nie jest wystarczającym
dowodem ich obecności, gdyż pozytywny wynik próby dają także aldehydy, aceton, kwasy
mlekowy, kwas cytrynowy i mrówkowy.
OH
OH
Próba Molischa
OH
CHO
R
R
O
O
+
O
H
2
+
C
C H
- H2O
R
R = H, furfural
R = CH OH, 5- hydroksymetylofurfural
2
O
OH
czerw onofioletow y barw nik
W próbie Biala pentozy, po odwodnieniu do furfuralu, w reakcji z orcyną i w obecności
jonów żelaza(III) tworzą kompleksy o barwie zielononiebieskiej. Heksozy natomiast
przekształcając się w hydroksymetylofurfural w tych samych warunkach reagują
znacznie słabiej dając kompleks o barwie zielonobrązowej.
Reakcja Seliwanowa jest wykorzystywana do odróżnienia ketoz od aldoz na zasadzie
różnicy w szybkości odwadniania tych cukrów. Ketozy ogrzewane w 12% wodnym
5
FARMACJA  Chemia organiczna
roztworze HCl w temperaturze 100°C w ciÄ…gu 30 sekund ulegajÄ… odwodnieniu
do 5-hydroksymetylofurfuralu, który z rezorcyną tworzy kompleks o barwie czerwono-
wiśniowej. W tych warunkach aldozy nie ulegają odwodnieniu, co pozwala na ich
odróżnienie od ketoz. Użycie kwasu bardziej stężonego jak również wydłużenie czasu
ogrzewania lub podwyższenie temperatury może sprawić, iż reakcji tej ulegną również
aldozy. Próba ta daje również wynik pozytywny w przypadku wielocukrów zawierających
ketozy.
Próba Biala / Seliwanowa
H
O O OH
O
HO OH
2 H+
+
O
-H2O
R R
O
R
R1
R1 = H; CH2OH
R1
Reakcja Biala: orcyna (R = CH3), produkt barwy zielonej
Reakcja Seliwanowa: rezorcyna (R = H), produkt barwy czerwonej
3. Próby redukcyjne cukrów
W przypadku aldoz można mówić o własnościach redukujących. Liczne próby na
cukry oparte są na redukcji dwuwartościowego jonu miedzi(II) do jednowartościowego
jonu miedzi(I), podczas których aldozy utleniają się do kwasów aldonowych (glukoza
utlenia się do kwasu glukonowego). Najczęściej stosowane próby redukcyjne cukrów to
próby: Trommera, Fehlinga, Benedicta i Barfoeda.
OH OH OH
O O
O OH OH
H H H H
- 2+
H H +Cu
H
HO
OH H OH H OH H
+
H OH
- Cu
HO OH HO HO
H OH H OH H OH
Ponadto aldozy, podobnie jak aldehydy, dajÄ… pozytywny wynik reakcji Tollensa (patrz:
reakcje aldehydów).
W próbie Fehlinga po zmieszaniu odczynników  Fehling I (CuSO ×5H O w
4 2
rozcieńczonym H SO ) i  Fehling II (roztwór winianu sodowo-potasowego i NaOH)
2 4
powstaje zasadowy roztwór kompleksu wodorotlenku miedzi z winianem, co zapobiega
wytrącaniu się Cu(OH) i maskowaniu końcowego produktu reakcji, czerwonego Cu O.
2 2
Kompleks posiada strukturę trójwodnego winianu miedziowego, z sześciokrotnie
skoordynowanym kationem miedzi(II). Dodany cukier redukujÄ…cy ulega utlenieniu
oddając elektrony, które przyjmowane są przez Cu2+. W wyniku tego kompleks
6
FARMACJA  Chemia organiczna
wodorotlenku miedzi z winianem rozpada siÄ™, Cu2+ redukuje siÄ™ do Cu+ i po ogrzaniu
wytrąca się w postaci czerwonego lub pomarańczowego osadu tlenku miedzi(I) (Cu O).
2
Próba Benedicta (CuSO ×5H O, cytrynian sodu, wÄ™glan sodu) należy do
4 2
najbardziej specyficznych i czułych prób redukcyjnych na cukry. Powstający w tej reakcji
Cu O w zależności od ilości cukru redukującego ma różne zabarwienie (od zielonożółtego
2
przez pomarańczowe do czerwonego).
W próbie Trommera rolę solubilizatora wodorotlenku miedzi(II) spełnia sam
cukier. Z tego powodu dodawanie zbyt dużej ilości siarczanu miedzi(II) może doprowadzić
do nadmiaru Cu(OH) , który po ogrzaniu przechodzi w czarny CuO i maskuje prawidłowy
2
wynik reakcji. W przypadku dodania zbyt dużej ilości roztworu CuSO i wytrącenia
4
wodorotlenku miedzi, należy osad odsączyć, po czym dopiero ogrzać próbę.
Próba Barfoeda (roztwór octanu miedzi i kwasu mlekowego) w modyfikacji Tauber-
Kleinera pozwala odróżnić cukry proste od dwucukrów redukujących. W przypadku
monocukrów czerwony osadu Cu O pojawia się już po ok. 15 minutach ogrzewania we
2
wrzÄ…cej Å‚az
ni wodnej. Natomiast w przypadku disacharydów redukujących dodatni wynik
próby obserwuje się po ok. 2-3-krotnie dłuższym czasie.
Fakt, że cukry mogą zostać utlenione do kwasów aldonowych został wykorzystany
w celu odróżnienia aldoz od ketoz. Tylko w obecności aldoz następuje odbarwienie wody
bromowej z dodatkiem kwaśnego węglanu sodu.
H
O O- O
H OH H OH
HO H HO H
Br2, H2O
HO H HO H
NaHCO3
H OH H OH
OH OH
D-galaktoza sól kw asu D-galaktonow ego
Oligosacharydy
Oligosacharydami nazywamy wielocukry proste, zbudowane z niewielkiej liczby
cząsteczek cukrów prostych (monosacharydów) połączonych wiązaniami glikozydowymi.
Najprostszymi, a jednocześnie najważniejszymi i najbardziej rozpowszechnionymi
oligosacharydami są dwucukry, które w wyniku hydrolizy (kwasowej lub enzymatycznej),
dają monosacharydy i to najczęściej heksozy. W skład dwucukrów mogą wchodzić dwie
identyczne lub różne reszty cukrów prostych.
7
FARMACJA  Chemia organiczna
Monosacharydy wchodzące w skład dwucukrów łączą się między sobą za pomocą
wiÄ…zania O-glikozydowego Ä… lub ². Atom wodoru hemiacetalowej grupy wodorotlenowej w
anomerze Ä… lub ² jest podstawiany resztÄ… drugiej czÄ…steczki cukru, a tworzÄ…ce siÄ™
wiązanie określane jest jako glikozydowe.
anomeryczny atom w ęgla
anomeryczny atom w ęgla
OH
OH
(hemiacetalow y)
(acetalow y)
O
O
HO H
HO H
C5H10O5
H
H
að
H OH að
H OH
- H2O
OH
O C5H9O4
H
H
OH H
OH H
w iÄ…zanie O-glikozydow e
að-pentozylo-D-idopiranozyd
að-D-Idopiranoza
W przypadku, gdy w jednej z reszt monocukrowych, składających się na
czÄ…steczkÄ™ disacharydu, znajduje siÄ™ wolna grupa hydroksylowa przy hemiacetalowym
atomie węgla, to taki disacharyd zachowuje się jak cukier prosty i jest określany
dwucukrem redukujÄ…cym.
Disacharydy redukujące, między innymi, ulegają:
a. mutarotacji,
b. próbom redukcyjnym (reakcjom z odczynnikami Tollensa, Fehlinga i Benedicta itp.),
c. reakcjom addycji nukleofilowej, dajÄ…c cyjanohydryny, oksymy, hydrazony, osazony
itp.
Najbardziej znanymi dwucukrami redukujÄ…cymi sÄ… maltoza i laktoza. Maltoza
zbudowana jest z dwóch cząsteczek ą-D-glukopiranozy połączonych wiązaniem ą-1,4-
glikozydowym, natomiast laktoza skÅ‚ada siÄ™ z Ä…-D-glukopiranozy oraz ²-D-
galaktopiranozy poÅ‚Ä…czonych wiÄ…zaniem ²-1,4-glikozydowym.
reszta nieredukujÄ…ca reszta redukujÄ…ca reszta nieredukujÄ…ca reszta redukujÄ…ca
OH OH OH OH
O O O
O
H H HO
H H H H
O
H H
H H
1
1 1 1
H
að H
4 OH að
OH H OH H 4
að bð OH
O
HO OH H H OH
H OH H OH H OH H OH
O-að-D-glukopiranozylo-(1 4)-að-D-glukopiranoza O-bð-D-galaktopiranozylo-(1 4)-að-D-glukopiranoza
maltoza
laktoza
Jeżeli w powstawaniu wiązania glikozydowego pomiędzy dwiema cząsteczkami
monocukru biorą udział oba układy hemiacetalowe, to otrzymujemy disacharydy
nieredukujące, które nie dają reakcji typowych dla disacharydów redukujących czy
monosacharydów. Przeprowadzenie takich reakcji jest możliwe dopiero po hydrolizie
wiązania glikozydowego i uwolnieniu cząsteczek monocukrów.
8
FARMACJA  Chemia organiczna
Przedstawicielem dwucukrów nieredukujących jest sacharoza, zbudowana z ą-D-
glukopiranozy i ²-D-fruktofuranozy poÅ‚Ä…czonych ze sobÄ… wiÄ…zaniem Ä…-1,2-glikozydowym.
OH
reszta nieredukujÄ…ca
reszta nieredukujÄ…ca
O
H H
OH
H
1
að
OH H
HO
O
H H
H
HO O
O
H
1
H HO
OH H 2
H OH
að
bð
HO
O
HO
O
OH
OH H
bð H OH
H HO 2
H
OH
OH H
2-O-(að-D-glukopiranozylo)-bð-D-fruktofuranozyd
sacharoza
Polisacharydy
Polisacharydy są glikozydami, których cząsteczki utworzone są z setek lub tysięcy
reszt węglowodanowych, połączonych ze sobą poprzez atomy tlenu grup
hemiacetalowych.
Najważniejszymi polisacharydami są:
1. skrobia  pochodzenia wyłącznie roślinnego,
2. glikogen  pochodzenia wyłącznie zwierzęcego,
3. celuloza.
Skrobia  jest podstawowym składnikiem świata roślinnego. Ziarna skrobi,
charakterystyczne dla roślin, z których pochodzą, różnią się rozmiarami i zbudowane są z
dwóch warstw:
a. zewnętrznej  amylopektyny nierozpuszczalnej w wodzie,
b. wewnętrznej  amylozy rozpuszczalnej w wodzie.
Produktami kwasowej hydrolizy skrobi w początkowym etapie są różne dekstryny o
coraz niższym ciężarze cząsteczkowym. W dalszej kolejności uzyskuje się maltozę, a w
końcu glukozę.
+ +
+
H H
H
skrobia erytrodekstryny
amylodekstryny
H2O
H2O
H2O
+ +
H H
achrodekstryny maltoza glukoza
H2O
H2O
Charakterystyczną reakcją dla polisacharydów zbudowanych z cząsteczek glukozy
jest próba z jodem. Amyloza daje zabarwienie niebieskie, amylopektyna  fioletowe,
glikogen  brunatnoczerwone, a celuloza  żółte. Niebieska barwa jest charakterystyczna
dla długich spiralnie skręconych nici, bez bocznych odgałęzień. W miarę skracania się
łańcucha wzmaga się zabarwienie czerwone. Produkty degradacji skrobi (dekstryny) o
długich łańcuchach barwią się na niebiesko-fioletowo (amylodekstryny), o średniej
9
FARMACJA  Chemia organiczna
długości barwią się na czerwono (erytrodekstryny), a krótkie łańcuchy nie zmieniają
barwy jodu (achrodekstryny). W miarę postępu hydrolizy ilość wolnych grup
aldehydowych w dekstrynach wzrasta.
Cząsteczki skrobi w kleiku skrobiowym są otoczone płaszczem wodnym. Dodanie
substancji wiążących wodę (np. sole takie jak siarczan amonu) powoduje strącanie się
skrobi z roztworu. Skrobia jest z
le rozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych.
Amyloza z niektórymi rozpuszczalnikami (1-butanol) tworzy trudno rozpuszczalne związki
inkluzyjne.
AMINOKWASY
Aminokwasy są to związki, które w łańcuchu węglowym zawierają zarówno grupę
aminowÄ… jak i grupÄ™ karboksylowÄ…. Grupa aminowa w stosunku do grupy karboksylowej
może zajmować dowolnÄ… pozycjÄ™: að, bð, gð itd. W aminokwasach naturalnych, otrzymanych
przez hydrolizÄ™ biaÅ‚ek, grupa aminowa wystÄ™puje zawsze w pozycji að.
Wzory ogólne naturalnych aminokwasów występujących w białkach
O O
+
R R
NH3
2
1 að
-
OH O
-
COO
+
NH2 NH3
Aminokwasy zaliczane są do amfolitów, gdyż zachowują się jak kwasy i zasady. W
stanie stałym występują one w formie jonów obojnaczych mających charakter soli
wewnętrznych.
Ze wzglÄ™du na budowÄ™ chemicznÄ… að-aminokwasy można podzielić na:
1. Aminokwasy z ugrupowaniem niepolarnym lub hydrofobowym (alkilowym lub
arylowym): glicyna, alanina, walina, leucyna, izoleucyna, fenyloalanina, prolina.
2. Aminokwasy z ugrupowaniem polarnym, ale niezjonizowanym zawierajÄ…cym grupy
funkcyjne: OH, SH, SCH , S-S oraz heterocykliczne. SÄ… to seryna, cysteina,
3
treonina, tyrozyna, metionina, cystyna, tryptofan.
3. Aminokwasy kwaśne, zawierające dodatkową grupę karboksylową: kwas
asparaginowy, kwas glutaminowy oraz ich amidy (asparagina, glutamina).
4. Aminokwasy zasadowe, zawierajÄ…ce dodatkowÄ… grupÄ™ zasadowÄ…: aminowÄ…  lizyna,
ornityna; guanidynową  arginina; pierścień imidazolowy  histydyna.
Obecność dwóch grup reaktywnych wpływa na właściwości chemiczne
aminokwasów. Reakcje, którym ulegają aminokwasy można więc podzielić na niżej
wymienione grupy.
10
FARMACJA  Chemia organiczna
1. Wzajemne oddziaływanie grupy aminowej i karboksylowej
Grupa karboksylowa ma zdolność do odszczepiania protonu, natomiast grupa
aminowa, jako zasadowa, może przyłączać proton. Obie grupy sprawiają, że aminokwasy
są związkami amfoterycznymi, gdyż mogą reagować zarówno z zasadami jak i z kwasami.
Ponadto grupy oddziaływują na siebie wzajemnie powodując powstawanie soli
wewnętrznej aminokwasu. Jest to powodem wysokich temperatur topnienia
poszczególnych aminokwasów oraz ich dobrej rozpuszczalności w wodzie i słabej w
rozpuszczalnikach organicznych (w przeciwieństwie do kwasów i amin, które z reguły
trudno rozpuszczajÄ… siÄ™ w wodzie, a bardzo dobrze w rozpuszczalnikach organicznych).
Całkowity ładunek cząsteczki aminokwasu zależy od pH środowiska. Wartość pH, przy
której aminokwas istnieje w postaci jonu obojnaczego określany jest punktem
izoelektrycznym (pI).
Równowaga kwasowo - zasadowa w roztworze aminokwasu
O O
O
+ +
R R
R
- H - H
- -
O O
OH
+ +
+ +
H H
+
+
NH3 NH2
NH3
kation jon obojnaczy anion
pH < pI pH = pI pH > pI
Wartość pI większości aminokwasów wynosi ok. 6, obecność w cząsteczce dodatkowych
grup funkcyjnych aminowych albo karboksylowych powoduje przesunięcie punktu
izoelektrycznego w kierunku, odpowiednio, większych albo mniejszych wartości.
2. Reakcje grupy karboksylowej
Aminokwasy są mocniejszymi kwasami od kwasu węglowego, rozpuszczają się
więc, podobnie jak kwasy karboksylowe, w 5% NaHCO . Reakcji towarzyszy wydzielanie
3
się CO , czyli zjawisko perlenia, które daje się zauważyć zazwyczaj dopiero po około 3
2
minutach.
O O
R R
- - +
O O CO2 H2O Na
+ NaHCO3 + + +
+
NH3 NH2
Typową reakcją grupy karboksylowej aminokwasów jest kondensacja z grupą
aminowÄ… innego aminokwasu z utworzeniem wiÄ…zania peptydowego. Obie grupy nie Å‚atwo
reagujÄ… ze sobÄ… i w praktyce wymagane jest uaktywnienie grupy karboksylowej w jednym
z reagentów, np. poprzez utworzenie tzw. aktywnego estru. Jednocześnie, aby uniknąć
niepożądanych połączeń aminokwasów, drugi z reagentów, tzw. komponent aminowy,
11
FARMACJA  Chemia organiczna
musi mieć  zablokowaną grupę karboksylową. Niejednokrotnie dokonuje się tego
poprzez utworzenie estrów etylowych lub metylowych.
3. Reakcje grupy aminowej
Grupa aminowa w aminokwasach ulega typowym reakcjom alifatycznych amin I-
rzędowych z wyjątkiem proliny i hydroksyproliny, które w pozycji ą zawierają II-rzędową
grupę aminową. Najważniejszą reakcją grupy aminowej jest acylowanie prowadzące do
powstania amidu. Reakcja tego typu z udziałem innego aminokwasu, tzw. komponentu
kwasowego, jest wykorzystywana do tworzenia peptydów. Z oczywistych względów
komponent kwasowy musi mieć zabezpieczoną grupę aminową. W tym celu często
przeprowadza siÄ™ reakcje acylowania lub alkilowania grupy aminowej odpowiednimi
pochodnymi chlorowcowymi (chlorki kwasowe, chlorki alkilowe).
Reakcjami charakterystycznymi grupy aminowej w aminokwasach jest działanie
kwasu azotowego(III) oraz ninhydryny:
a. Reakcja van Slyke a z kwasem azotowym(III)
Wolne aminokwasy w wyniku działania HNO ulegają deaminacji z wydzieleniem azotu i
2
utworzeniem að-hydroksykwasu (patrz: reakcje amin alifatycznych z HNO ).
2
O O
R R
-
O OH N2
+ HNO2 + + H2O
+
NH3 OH
b. Reakcja ninhydrynowa
Aminokwasy, peptydy oraz białka dają charakterystyczną reakcję z roztworem
ninhydryny, podobnie jak amoniak i alifatyczne aminy I-rzędowe. Aminokwasy z wolną
grupą aminową pod wpływem ninhydryny (wodzianu triketohydrindenu) ulegają
dekarboksylacji i oksydatywnej deaminacji. PoczÄ…tkowo powstaje iminokwas oraz
zredukowana forma ninhydryny, tzw. hydrindantyna. Następnie iminokwas przechodzi w
aldehyd krótszy o jeden atom węgla niż wyjściowy aminokwas, uwalnia się dwutlenek
węgla oraz amoniak, który bierze udział w kondensacji z cząsteczką ninhydryny oraz
hydrindantyny. W efekcie powstaje purpura Ruhemanna o barwie niebieskofioletowej.
Reakcja ninhydrynowa jest reakcją grupową aminokwasów, a jej dokładność i czułość
sprawiła, że jest ona wykorzystywana nie tylko do wykrywania aminokwasów, ale także
do ilościowego oznaczania wolnych ą-aminokwasów metodą kolorymetryczną.
Intensywność i odcień powstającego zabarwienia jest różna w zależności od rodzaju
aminokwasu, jednakże natężenie zabarwienia jest proporcjonalne do stężenia
aminokwasu w roztworze.
12
FARMACJA  Chemia organiczna
O O
OH
R O
R COOH R COOH
+ +
OH
- NH3, CO2
OH
H
NH2 NH
iminokwas
O hydrindantyna O
O O
O O
OH
+ 2NH3 + HO + 3H2O
N
OH
O O
O-NH4+ O
purpura Ruhemanna
Prolina i hydroksyprolina, aminokwasy z grupą aminową II-rzędową, w reakcji z
ninhydryną dają produkt o barwie żółtej.
O O
OH
+
HN
N
+
- CO2
OH
COOH
O O
ninhydryna prolina
4. Reakcje specyficzne związane z obecnością grup funkcyjnych
(np. SH,. S-S, SCH , OH, układy aromatyczne)
3
Grupa funkcyjna inna niż aminowa czy kwasowa w cząsteczce aminokwasu w
oczywisty sposób wpływa na właściwości i reaktywność tego aminokwasu, gdyż ulega
typowym reakcjom charakterystycznym dla danej klasy związków. Układy aromatyczne
mogą ulegać reakcjom substytucji elektrofilowej, grupy hydroksylowe mogą zostać
poddane reakcjom utleniania lub acylowania (z utworzeniem odpowiednich estrów).
Dodatkowe grupy aminowe, będą odpowiadały za zwiększoną zasadowość aminokwasu
oraz charakterystyczne reakcje amin.
Dość ważną właściwość wykazuje cysteina zawierająca grupę tiolową. Dzięki niej w
cząsteczkach białek powstają mostki disulfidowe (-S-S-).
Charakterystyczne próby dla poszczególnych aminokwasów polegają na
specyficznych reakcjach konkretnych grup funkcyjnych:
a. Próba cystynowa  wykrywanie aminokwasów siarkowych
Aminokwasy siarkowe z grupami  SH (cysteina) lub disulfidowymi  S-S- (cystyna),
zarówno w białkach jak i niezwiązane, ogrzewane w silnie zasadowym środowisku
przekształcają się w kwas pirogronowy z jednoczesnym odłączeniem atomów siarki w
postaci jonów siarczkowych. Jony te w reakcji z jonami ołowiu(II) dają czarny osad
siarczku ołowiu. Metionina, zawierająca grupę tioeterową, nie daje dodatniego wyniku tej
reakcji.
13
FARMACJA  Chemia organiczna
O
O
H3C
-
- 2-
- 2 HO
NH3 H2O S
+ O +
HS O + +
O
NH2
cysteina
2+ 2-
Pb S PbS
+
b. Próba ksantoproteinowa  wykrywanie aminokwasów z układem
aromatycznym
Reakcja ksantoproteinowa jest uwarunkowana obecnością w cząsteczce białka
aminokwasów zawierających pierścień aromatyczny (tryptofan, tyrozyna, fenyloalanina).
Pod wpływem stężonego kwasu azotowego(V) zachodzi nitrowanie pierścienia
benzenowego, a powstający produkt ma barwę żółtą. Po zalkalizowaniu żółty kolor
powstałego związku nitrowego pogłębia się do żółtopomarańczowego, gdyż powstają
intensywniej zabarwione sole.
-
O O
N
NO2
-
O O O
HO O OH HO O OH
-
HNO3 HO
- H2O
+ +
NH2
NH3 O2N NH3 O2N
tyrozyna
c. Reakcja Sakaguchi ego  wykrywanie układu guanidynowego
Arginina zawierająca grupę guanidynową reaguje z ą-naftolem w środowisku
zasadowym i w obecności utleniającego bromianu(I) sodu tworzy produkt o barwie
pomarańczowoczerwonej. W reakcji wydziela się amoniak. Nadmiar bromianu(I) sodu i
dłuższy czas reakcji powoduje dalsze utlenianie produktu, co prowadzi do jego
odbarwienia. Dodatek mocznika stabilizuje utworzony barwnik. Pozytywny wynik próby
daje także metyloguanidyna i kwas guanidynowy, ale nie sama guanidyna.
NH2 O
NH2 O
-
(CH2)3 -
(CH2)3 -
HO
O +
NH3
HN NH + NaBrO + + NaBr
NH O
NH2
NH2
HO
O
N2 + 3 H2O + NaBr
2 NH3 + NaBrO 3
3
d. Reakcja Pauly ego  wykrywanie układu imidazolowego
Pochodne imidazolu, w tym histydyna, w zasadowym środowisku ulegają sprzęganiu z
solami diazoniowymi tworzÄ…c barwniki azowe (patrz: reakcje aromatycznych amin I-
rzędowych). W reakcji Pauly ego jest stosowany kwas diazobenzenosulfonowy,
przygotowywany przez diazowanie kwasu sulfanilowego bezpośrednio przed użyciem.
14
FARMACJA  Chemia organiczna
Pozytywny wynik próby dają fenole, w tym tyrozyna, oraz aminy aromatyczne.
+ - HONO + -
H3N SO2O N N SO2O
- N2, H2O
kwas sulfanilowy jon p-sulfobenzenodiazoniowy
OH
-
HO
SO2O
NH2 O
NH2
O
+ 2 + Na2CO3 CO2 +
+ H2O
N
HN N
N
+
N
N
N
N
N
SO3Na
histydyna NaO3S
H
N
pomarańczowy barwnik azowy
e. Reakcja Adamkiewicza-Hopkinsa  wykrywanie układu indolowego
Indol, który wchodzi w skład cząsteczki tryptofanu, w środowisku stężonych
kwasów nieorganicznych ulega kondensacji z aldehydami (kwas glioksalowy, aldehyd
mrówkowy) dając barwniki arylometanowe o zabarwieniu czerwonofioletowym (patrz:
reakcje związków heterocyklicznych).
HOOC COOH
NH
COOH
O
+ +
+
+
H3N NH3
NH3
H
+
-H2O
H COOH
COOH
NH NH
tryptofan kwas glioksalowy
W kwaśnych hydrolizatach białek lub peptydów wynik tej próby jest ujemny, gdyż
tryptofan podczas kwasowej hydrolizy ulega rozkładowi.
BIAA
KA
BiaÅ‚ka sÄ… to zwiÄ…zki zbudowane z wiÄ™cej niż 100 reszt að-aminokwasów o masie
cząsteczkowej powyżej 10 tys. Związki o niższej masie to polipeptydy. W białkach
wiązanie peptydowe (zwane również wiązaniem amidowym) łączy grupę karboksylową
jednego aminokwasu z grupÄ… aminowÄ… drugiego aminokwasu. Powstanie dipeptydu z
dwu wolnych aminokwasów wiąże się z uwolnieniem jednej cząsteczki wody.
O R2
O O
R1 OH
R1 R2
H2O
+
OH + NH
OH
NH2
NH2
NH2 O
dipeptyd
aminokw as acylujÄ…cy aminokw as acylow any
15
FARMACJA  Chemia organiczna
Przemyślana synteza peptydów wymaga odpowiedniego przygotowania aminokwasów do
reakcji kondensacji. Przede wszystkim należy zabezpieczyć wszystkie grupy funkcyjne,
które w warunkach reakcji mogłyby dawać produkty uboczne. Najważniejsze jest jednak
zabezpieczenie grupy aminowej w aminokwasie acylujÄ…cym (komponent kwasowy) oraz
grupy kwasowej w aminokwasie acylowanym (komponencie aminowym).
Białka ze względy na swoją strukturę dzielą się na białka proste i białka złożone.
Spośród wszystkich polimerów syntetycznych i naturalnych białka są substancjami
najbardziej skomplikowanymi i posiadającymi najbardziej różnorodne właściwości.
Właściwości białek zależą od budowy i kolejności ułożenia wielu reszt aminokwasowych
(R) rozmieszczonych wzdłuż łańcucha polipeptydowego. Substancje białkowe pełnią w
przyrodzie funkcje strukturalne (np. skóra, włosy, ścięgna, włókna mięśniowe),
katalityczne (enzymy), transportowe (hemoglobina). Białkami są również substancje
odpornościowe, które z jednej strony chronią organizm przed zakażeniem, a z drugiej
uniemożliwiają przeszczepianie narządów. Wszystkie indywidualne cechy wszystkich
organizmów sprowadzają się do białek, z których te organizmy są zbudowane według
instrukcji zawartych w czÄ…steczkach DNA.
Substancje białkowe niezależnie od pochodzenia dają wspólne reakcje
charakterystyczne.
1. Wysalanie białek
Białka, jako związki wielkocząsteczkowe posiadające zjonizowane grupy aminowe i
karboksylowe, wykazują zdolność wiązania dipolarnych cząsteczek wody. Dzięki temu
białka w środowisku wodnym ulegają hydratacji, pęcznieją, a następnie rozpuszczają się.
Podobnie jak inne jony, otaczają się płaszczem wodnym i w tej postaci, jako osobne
cząsteczki, tworzą roztwory koloidalne. Na rozpuszczalność białek w wodzie wpływa
obecność soli nieorganicznych oraz pH roztworu (wartość nieco inna niż punktu
izoelektrycznego sprzyja rozpuszczaniu). Wzrost stężenia soli w roztworze może jednakże
doprowadzić do strącenia białka z roztworu. Jony soli tworzą własną powłokę
solwatacyjną, przy wysokim stężeniu soli w roztworze woda hydratacyjna cząsteczek
białka zostaje od nich odciągnięta.  Obnażone w ten sposób cząsteczki białka ulegają
koagulacji na skutek wysolenia. Proces ten jest odwracalny, wystarczy odbudować
płaszcz wodny białka poprzez dodanie wody. Podczas wysalania białko nie traci w sposób
trwały swojej przestrzennej struktury oraz funkcji biologicznych. Wysalanie białek
przeprowadza się za pomocą nasyconych roztworów (NH ) SO , NH Cl, MgSO .
4 2 4 4 4
2. Denaturacja
Pod wpływem soli metali ciężkich, mocnych kwasów lub mocnych zasad,
podwyższonej temperatury oraz niektórych czynników chemicznych (96% etanol, aceton,
fenol) dochodzi do denaturacji i trwałego wytrącenia białek z roztworów. Denaturacja jest
16
FARMACJA  Chemia organiczna
zjawiskiem polegającym na nieodwracalnej zmianie przestrzennej struktury białek (II- i
III- i IV-rzędowej).
3. Reakcja biuretowa Piotrowskiego
Peptydy zawierające co najmniej dwa wiązania peptydowe (a więc tripeptydy i
dłuższe) oraz białka tworzą z jonami miedzi(II) w środowisku zasadowym połączenia
kompleksowe o barwie fioletowej. Nazwa reakcji pochodzi od biuretu, który powstaje przy
ogrzewaniu mocznika i jest najprostszym zwiÄ…zkiem dajÄ…cym pozytywny wynik w tej
próbie.
Próba biuretowa jest reakcją grupową na białka, ujemny wynik tej próby eliminuje
obecność białka, chociaż pozytywny  nie w pełni ją potwierdza. Oprócz biuretu, podobny
wynik reakcji dają związki nie posiadające wiązań peptydowych, a zawierające
ugrupowania  CS-NH- oraz =CH-NH-.
2-
O O
O
O O
NH NH
2+ -
T Cu , HO
2 HN Cu NH
H2N NH2 - NH3 H2N NH NH2 - H2O
NH NH
mocznik biuret
O O
fioletowy kompleks biuretu
z jonami miedzi(II)
Aminokwasy, w odróżnieniu od białek, tworzą z jonami miedzi(II) połączenia
kompleksowe o barwie niebieskiej (poza histydyną, która ze względu na budowę łańcucha
bocznego, tworzy kompleks o barwie fioletowoniebieskiej).
R NH N O
R NH2 O O
Cu Cu
O N HN R
O O H2N R
niebieski kompleks miedzi(II) fioletowy kompleks miedzi(II)
z dwiema cząsteczkami aminokwasu z białkiem
LIPIDY (TA
USZCZE)
Lipidy obejmują szereg różnie zbudowanych biocząsteczek, spełniających ważną
rolę w świecie mikroorganizmów, roślin i zwierząt. Jako elementy żywych organizmów
spełniają rolę materiału energetycznego, zapasowego i ochronnego, oraz biorą udział w
przemianie materii jako substraty lub składniki biokatalizatorów.
Pod względem chemicznym lipidy stanowią grupę związków o budowie
glicerydowej, jak również grupę związków o właściwościach podobnych do glicerydów,
lecz o bardziej złożonej strukturze. Lipidy są substancjami nierozpuszczalnymi w wodzie.
17
FARMACJA  Chemia organiczna
Można je wyekstrahować z komórek słabo polarnymi rozpuszczalnikami takimi jak: eter,
chloroform, benzen, aceton. Różną rozpuszczalność lipidów w rozpuszczalnikach
organicznych można wykorzystać do ich rozdziału i wyodrębniania.
Ze względu na różnice budowy i właściwości lipidy można podzielić następująco:
1. lipidy proste
1.1. tłuszcze właściwe
1.2. woski
2. lipidy złożone
2.1. fosfolipidy (zawierajÄ… fosfor, nie zawierajÄ… cukru)
2.1.1. glicerydy
2.1.1.1. glicerydy estrowe (kefaliny, fosfatydylocholina)
2.1.1.2. glicerydy enoloeterowe (plazmalogeny)
2.1.2. sfingomieliny
2.2. glikolipidy (nie zawierajÄ… fosforu, zawierajÄ… cukier)
2.2.1. glikoglicerolipidy
2.2.2. glikosfingolipidy
3. prostaglandyny
Tłuszcze właściwe są to znane z życia codziennego oleje roślinne (olej rzepakowy,
słonecznikowy, sojowy i inne) oraz tłuszcze zwierzęce (smalec, masło, łój). W organizmie
człowieka najczęściej gromadzą się w tkance podskórnej, w tkance tłuszczowej jamy
brzusznej, w tkance łącznej oraz w stanach patologicznych otłuszczają serce, wątrobę,
nerki. Tłuszcze proste pełnią w przyrodzie funkcje materiałów zapasowych, w postaci
których organizmy magazynują energię. Tłuszcze mają ciepło spalania prawie dwa razy
większe niż węglowodany i białka. W porównaniu z innymi składnikami żywności tłuszcze
sÄ… najbardziej kaloryczne.
Tłuszcze właściwe zbudowane są z glicerolu (gliceryny) i wyższych kwasów tłuszczowych.
R1, R2, R3 = reszty węglowodorowe kwasów tłuszczowych, np. (CH ) CH
2 n 3
n = 2 - kwas masłowy
O
1
n = 3  kwas walerianowy
H2C O C R
O
n = 4 - kwas kapronowy
2
HC O C R
n = 6 - kwas kaprylowy
O
n = 7 - kwas pelargonowy
3
H2C O C R
n = 10 - kwas laurynowy
n = 12 - kwas mirystynowy
n = 14 - kwas palmitynowy
n = 16 - kwas stearynowy
R1 = R2 = R3 w tÅ‚uszczach syntetycznych R1 Ä…ð R2 Ä…ð R3 w tÅ‚uszczach naturalnych
18
FARMACJA  Chemia organiczna
1. Reakcje addycji do wiązania podwójnego
a. utwardzanie tłuszczów
Proporcje poszczególnych kwasów zmieniają się w zależności od rodzaju tłuszczu.
Tłuszcze stałe o wyższej temperaturze topnienia mają przewagę kwasów tłuszczowych
nasyconych np. tristearynian gliceryny  ciaÅ‚o staÅ‚e o temp. topnienia 71°C. Obecność
natomiast kwasów nienasyconych świadczy o tym, iż mamy do czynienia z tłuszczami
pÅ‚ynnymi, np. trioleinian gliceryny  temperatura krzepniÄ™cia równa jest  17°C. Zmianie
charakteru tłuszczu z nienasyconego na nasycony towarzyszy zmiana stanu skupienia z
ciekłego na stały. Z tego względu proces uwodornienia przeprowadzany na skalę
przemysłową nosi nazwę utwardzania tłuszczów. Reakcję prowadzi się w podwyższonej
temperaturze i pod zwiększonym ciśnieniem, w obecności katalizatora niklowego.
H2, kat.
CH3(CH2)16COOH
CH3(CH2)6CH2 CH2(CH2)6COOH
kwas olejowy kwas stearynowy
b. przyłączanie jodu lub bromu
Nnienasycone tłuszcze oraz kwasy tłuszczowe przyłączają fluorowce do wiązania
wielokrotnego; odbarwiajÄ… wodÄ™ bromowÄ… oraz roztwory jodu.
I CH2(CH2)6COOH
I2
CH3(CH2)6CH2 CH2(CH2)6COOH
CH3(CH2)6CH2 I
kwas olejowy
c. jełczenie tłuszczów
Tłuszcze zawierające reszty nienasyconych kwasów tłuszczowych ulegają
utlenieniu pod wpływem tlenu z utleniaczy, a także, choć znacznie wolniej, pod wpływem
tlenu atmosferycznego. Wiązanie podwójne ulega rozerwaniu, a reszta kwasu
tłuszczowego zostaje rozbita na dwie cząsteczki z terminalnymi grupami aldehydowymi.
CH3(CH2)6CH2 CH2(CH2)6COOH
CH3(CH2)6CH2 CH2(CH2)6COOH O O O
[O]
CH3(CH2)7 C + C (CH2)7 C
O O
H H OH
Reakcja ta zachodzi podczas jełczenia tłuszczów, a gromadzące się aldehydy nadają im
przykry smak i zapach.
2. Zmydlanie tłuszczów
Tłuszcze właściwe łatwo ulegają hydrolizie w środowisku alkalicznym. Proces ten
nazywa się zmydlaniem tłuszczów. Hydroliza tłuszczów zachodzi także w przewodzie
19
FARMACJA  Chemia organiczna
pokarmowym zwierząt i człowieka. Tłuszcze wprowadzone z pokarmem ulegają hydrolizie
pod wpływem katalizatorów biochemicznych  lipaz.
W wyniku zmydlania tłuszczów powstaje glicerol oraz rozpuszczalne mydła sodowe lub
potasowe.
O
H2C OH
H2C O C R
O
O
T
HC OH
HC O C R + 3 NaOH + 3 R
roztw. alkoholowy
O
ONa
H2C OH
H2C O C R
gliceryna mydło sodowe
Mydła nierozpuszczalne (wapniowe, magnezowe, barowe, ołowiawe), otrzymuje się
działając solami tych jonów na roztwory wodne mydeł rozpuszczalnych.
2 R-COONa
CaCl2 (R-COO)2Ca 2 NaCl
+ +
Właściwości tłuszczów określają reakcje, które ustalają zawartość oraz rodzaj
kwasów tłuszczowych w tłuszczach. Najważniejsze reakcje wyrażone są za pomocą liczb:
a. liczba kwasowości to liczba mg KOH potrzebna do zobojętnienia wolnych kwasów
tłuszczowych, zawartych w 1 g tłuszczu. Liczba ta jest tym mniejsza, im świeższy
jest tłuszcz,
b. liczba zmydlenia przedstawia liczbę mg KOH potrzebną do zobojętnienia
wszystkich kwasów tłuszczowych zawartych w 1 g tłuszczu, zarówno wolnych jak i
otrzymanych po zmydleniu,
c. liczba estrowa to liczba mg KOH potrzebna do zobojętnienia kwasów
tłuszczowych związanych estrowo, a powstałych przy zmydleniu 1 g tłuszczu.
Liczbę estrową otrzymujemy odejmując od liczby zmydlenia liczbę kwasowości. W
tłuszczach obojętnych, tj. nie zawierających wolnych kwasów tłuszczowych, liczba
estrowa równa się liczbie zmydlenia,
d. liczba Reicherta-Meissla oznacza liczbÄ™ cm3 0.1 M KOH i NaOH potrzebnÄ… do
zobojętnienia lotnych kwasów tłuszczowych po jego zmydleniu. Liczba ta ma
szczególne znaczenie w badaniu masła,
e. liczba jodowa określa ilość jodu w gramach, jaka wiąże 100 g tłuszczu. Liczba ta
wykazuje ilościowo zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych.
Woski są to nierozpuszczalne w wodzie tłuszczopodobne substancje stałe, służące
często w świecie roślinnym i zwierzęcym jako powłoki ochronne. Substancje te zamiast
glicerolu zawierają wyższe alifatyczne jednowodorotlenowe alkohole np. alkohol cetylowy,
alkohol mirycylowy.
20
FARMACJA  Chemia organiczna
O
wosk pszczeli
CH3(CH2)nCH2
n = 13 do 33; m = 22 do 34
O CH2(CH2)mCH3
Często kwas i alkohol mają tą samą ilość atomów węgla. Fakt ten może wskazywać, że
oba te składniki powstały z dwóch cząsteczek tego samego aldehydu w wyniku reakcji
Cannizzaro. Jedna czÄ…steczka aldehydu utlenia siÄ™ do kwasu, druga redukuje siÄ™ do
alkoholu, po czym następuje estryfikacja.
Niektóre woski są zbudowane z kwasów tłuszczowych i steroli (cholesterolu, lanosterolu).
Lipidy złożone są to substancje o właściwościach fizycznych podobnych do
tłuszczów właściwych. Różnią się od lipidów prostych tym, iż poza kwasem tłuszczowym i
alkoholem zawierają składniki azotowe, fosforowe, a niekiedy węglowodanowe.
Przy rozdzielaniu lipidów złożonych wykorzystuje się nieznaczne różnice w ich
rozpuszczalności.
Fosfolipidy ulegając hydrolizie dają: kwasy tłuszczowe, alkohol, kwas
ortofosforowy oraz związek zawierający azot. Fosfolipidy obok białek złożonych wchodzą
w skład struktur membranowych oddzielających poszczególne elementy w komórce
(błony komórkowe, mitochondrialne i mikrosomowe). Nadają pewne właściwości fizyczne
tym strukturom np. wysoką przepuszczalność dla niepolarnych cząsteczek, a także lizę
powodowaną przez czynniki powierzchniowo aktywne. Przedstawicielami fosfolipidów są
lecytyny, zwiÄ…zki zawierajÄ…ce resztÄ™ fosforanowÄ… zestryfikowanÄ… cholinÄ…, o wzorze:
O
H2C O C R1
O
HC O C R2
CH3
O
+
H2C O P- O CH2CH2 CH3
N
O
CH3
Fosfatydylocholina (lecytyna) tworzy się w organizmie z tłuszczów. Jest ona dobrym
czynnikiem emulgującym i prawdopodobnie ułatwia wprowadzenie tłuszczów do tkanek.
Lecytyny występują w żółtku jaja kurzego i w tkance nerwowej.
STEROIDY
Ekstrakty lipidowe z roślin i tkanek zwierzęcych, oprócz tłuszczów, fosfolipidów
oraz terpenów, zawierają także steroidy  cząsteczki, których cechą charakterystyczną
jest węglowy szkielet gonanu, czyli układ czteropierścieniowy wywodzący się od 1,2-
cyklopentanoperhydrofenantrenu.
21
FARMACJA  Chemia organiczna
3
2
R
R
12
17
1
11 13
R
D 16
C
1 9 14
15
2 10 8
A
B
3 5 7
4 6
Poszczególne grupy steroidów odróżnia wzajemny układ skondensowanych
pierścieni, stopień nienasycenia tych pierścieni oraz rodzaj i długość łańcuchów
bocznych (R1, R2, R3). Wszystkie steroidy przy C i C (R1 i R2) posiadajÄ… grupÄ™
10 13
metylową, natomiast podstawniki przy C (R3) są bardzo zróżnicowane. Wyjątek stanowią
17
estrogeny, u których pierścień A jest aromatyczny, a zatem przy C nie posiada grupy
10
CH .
3
Ze względu na budowę steroidów można więc wyróżnić pochodne:
a. estranu; żeńskie hormony płciowe, np. estradiol,
b. androstanu; męskie hormony płciowe, np. testosteron, androsteron,
c. pregnanu; progesteron oraz hormony kory nadnerczy np. kortykosteron,
aldosteron,
d. cholanu; składniki żółci, np. kwas cholowy,
e. cholestanu; cholesterol, ergosterol.
W zależności od rodzaju grupy funkcyjnej steroidy dzielimy na: alkohole (sterole), kwasy i
hydroksykwasy (kwasy żółciowe), fenole i ketony (hormony sterydowe).
Najważniejszym i najpopularniejszym przedstawicielem steroli pochodzenia
zwierzęcego jest cholesterol. Występuje we wszystkich komórkach ssaków, jest istotnym
składnikiem błon komórkowych, służy jako substrat kwasów żółciowych oraz hormonów
płciowych, w tkankach nerwowych wchodzi w skład otoczki mielinowej.
Podobnie jak lipidy, cholesterol nie rozpuszcza siÄ™ w wodzie, lecz rozpuszcza siÄ™ w eterze,
benzenie i innych rozpuszczalnikach organicznych.
21
H3C 24
22 CH3
26
25
23
20
18
CH3 H
12
17 CH3
11 13 27
19
16
CH3 H
1 9 14
15
2 10 8
H H
3 5 7
4 6
HO
Cholesterol ulega takim reakcjom chemicznym, jakie grupy funkcyjne posiada. Ze
względu na grupę hydroksylową przy trzecim atomie węgla będzie reagował jak alkohole,
22
FARMACJA  Chemia organiczna
ulegając reakcjom estryfikacji oraz utlenienia (do ketonów). Estry cholesterolu z
alifatycznymi i aromatycznymi kwasami znalazły zastosowanie jako ciekłe kryształy.
Obecność wiązania podwójnego pomiędzy piątym a szóstym atomem węgla (pierścień B)
sprawia, że cholesterol zachowuje się jak alken i ulega reakcjom addycji (uwodornienie,
addycja bromu).
Sterole, takie jak cholesterol, zawierające podwójne wiązanie w bezwodnym
środowisku w reakcji z mocnymi kwasami dają barwne produkty. Pod wpływem
stężonych kwasów (np. H SO ) dochodzi do odłączenia dwóch cząsteczek wody z dwóch
2 4
cząsteczek sterolu i powstania bisterolu, którego pochodne sulfonowe są barwne: zielone
w reakcji Liebermana-Burcharda i czerwone w reakcji Salkowskiego.
ZWI
ZKI HETEROCYKLICZNE
Heterocykliczne związki organiczne są związkami o budowie pierścieniowej, w
których jeden lub więcej atomów pierścienia stanowią pierwiastki inne niż węgiel, tzw.
heteroatomy, np. azot, tlen, siarka, fosfor, bor, cyna, krzem.
Nasycone związki heterocykliczne lub zawierające jedno wiązanie podwójne
pomiędzy atomami w pierścieniu posiadają właściwości analogiczne do właściwości
związków acyklicznych. Tetrahydrofuran jest typowym eterem, piperydyna  aminą
drugorzędową, zaś tetrahydrotiofen  sulfidem.
N
S O
tetrahydrofuran
tetrahydrotiofen
H
piperydyna
Aromatyczne związki heterocykliczne wykazują właściwości typowe dla benzenu.
Są odporne na utlenianie, chętnie wchodzą w reakcje substytucji, a nie przyłączenia.
Charakter aromatyczny zależy od rodzaju związku. Podane poniżej przykłady
podstawowych związków heterocyklicznych uszeregowano zgodnie ze zwiększającymi się
właściwościami aromatycznymi w porównaniu z benzenem:
H
N
O N S
furan pirol tiofen pirydyna
benzen
wzrost charakteru aromatycznego
23
FARMACJA  Chemia organiczna
O znaczeniu związków heterocyklicznych świadczy ilość i różnorodność substancji
tego typu występujących w przyrodzie, a także otrzymywanych na skalę przemysłową
leków i barwników. Liczne związki spełniają ważne funkcje w organizmach roślinnych i
zwierzęcych. Węglowodany można uznać za pochodne piranu lub furanu. Najbardziej
rozpowszechnione sÄ… jednak zwiÄ…zki heterocykliczne zawierajÄ…ce atomy azotu (kwasy
nukleinowe, aminokwasy, białka, antybiotyki).
Związki pięcioczłonowe.
Do pięcioczłonowych związków heterocyklicznych z jednym heteroatomem
zaliczamy furan, pirol, tiofen. Każdy z nich wykazuje wyraz
ny charakter aromatyczny,
wynikajÄ…cy z delokalizacji czterech elektronów pð atomów wÄ™gla i pary elektronowej
dostarczanej przez heteroatom  tworzy siÄ™ sekstet elektronowy. A
atwo reagujÄ… z
odczynnikami elektrofilowymi w reakcjach substytucji, co wyjaśniają następujące
struktury rezonansowe pirolu:
bð bð
að að
N N N
N
N
H H
H H
H
Pirol ma charakter amfoteryczny; jest zarówno słabym kwasem, jak i bardzo słabą
zasadÄ…. Rozpuszcza siÄ™ w roztworach zasad, tworzÄ…c sole sodowe i potasowe oraz w
rozcieńczonych kwasach. Prócz reakcji nitrowania, sulfonowania, acylowania,
chlorowcowania, ulega również sprzęganiu ze związkami diazoniowymi. Podstawienie
przebiega w pozycji 2 (að) pierÅ›cienia, jeżeli oba poÅ‚ożenia að sÄ… zajÄ™te  w poÅ‚ożeniu bð.
Pirol ulega kondensacji z aldehydami, tworzÄ…c pochodne dipirylometanu:
H
H H
N
N N
2 + HCHO + H2O
Dalsze kondensowanie tego typu prowadzi do utworzenia układu cyklicznego, tzw.
porfiny, która jest elementem strukturalnym hemoglobiny i chlorofilu. Pierścienie
pirolowe w porfinie połączone są ze sobą mostkami metinowymi.
NH N
porfina
czerwone kryształy
N HN
24
FARMACJA  Chemia organiczna
Furan, pirol i tiofen tworzą z benzenem układy skondensowane.
H
O N
S
benzofuran indol benzotiofen
W przyrodzie najbardziej rozpowszechniony jest indol (2,3-benzopirol), stanowiÄ…cy
szkielet tryptofanu i jego pochodnych, tryptaminy, serotoniny oraz wielu alkaloidów.
Ważnym biologicznie układem heterocyklicznym jest pirazol (1,2-diazol), który
wprawdzie nie występuje w produktach naturalnych, ale jest podstawą wielu związków
otrzymywanych syntetycznie takich jak barwniki oraz substancje biologicznie czynne, np.
pestycydy oraz leki. Przykładem pochodnej pirazolu jest antypiryna (fenazon)  związek o
właściwościach przeciwgorączkowych, przeciwbólowych oraz przeciwzapalnych.
Do ważnych prób pozwalających wykryć wyżej opisane układy heterocykliczne są
następujące próby:
1. Próba Ehrlicha
Pirol i jego pochodne w reakcji z aldehydem p-dimetyloaminobenzoesowym w
obecności kwasu solnego dają barwne produkty:
H
H
O
H
+ C N
- H2O
N N
N H
H
H
H H
C
C
H+
N
N
N NH
Pozytywny wynik próby Ehrlicha dają także I-rzędowe aminy aromatyczne (anilina)
tworząc intensywnie pomarańczowe połączenia.
2. Wykrywanie indolu
Działając na indol formaliną w środowisku kwasu siarkowego(VI) można
zaobserwować pojawienie się białego osadu oraz fioletowego pierścienia na granicy wolno
mieszających się składników mieszaniny reakcyjnej (patrz reakcja pirolu z aldehydami).
25
FARMACJA  Chemia organiczna
3. Wykrywanie antypiryny
Antypiryna w postaci jonu obojnaczego o strukturze analogicznej do anionu
fenolanowego reaguje z kwasem azotowym(III), dajÄ…c nitrozoantypirynÄ™ o barwie zielonej,
przechodzÄ…cej w oliwkowÄ…. Niekiedy nitrozoantypiryna wytrÄ…ca siÄ™ w postaci oliwkowego
osadu.
CH3
CH3
CH3 N
O
N
N
N
O CH3 O CH3
O CH3
N
N
N
HNO2
- H2O
antypiryna
nitrozoantypiryna
jon obojnaczy
barwa zielona
Związki sześcioczłonowe
Do sześcioczłonowych związków heterocyklicznych należą między innymi pirydyna
i pirymidyna, które mogą tworzyć układy skondensowane z innymi pierścieniami.
Charakter aromatyczny pirydyny wynika z delokalizacji szeÅ›ciu elektronów pð, po
jednym od każdego z pięciu atomów węgla i jednego atomu azotu. Strukturę pirydyny
przedstawia się jako hybrydę rezonansową następujących struktur:
gð
bð
bð
að að
N N
N N
N
Taki rozkład ładunków w pierścieniu pirydyny sprawia, że jest ona bardziej podatna na
substytucję nukleofilową niż elektrofilową, szczególnie w pozycjach 2 i 4 (ą i ł).
4. Reakcje i pirydyny i jej pochodnych
a. Właściwości zasadowe
Ze względu na wolną parę elektronową azotu, pirydyna i jej pochodne wykazują
słabe właściwości zasadowe (posiadają ugrupowanie charakterystyczne dla amin
trzeciorzędowych). Wodne roztwory pirydyny i chinoliny (rozpuszcza się łatwiej w gorącej
wodzie) wykazujÄ… odczyn zasadowy.
+ HOH + OH-
N N
H
26
FARMACJA  Chemia organiczna
b. Tworzenie związków kompleksowych
Pirydyna, jak również jej analogi skondensowane z pierścieniem benzenowym
chętnie tworzą barwne połączenia koordynacyjne z jonami metali.
Pirydyna i chinolina w reakcji z CuSO pogłębiają niebieską barwę roztworu.
4
2+
N
4 + Cu2+
N Cu N
N
N
8-Hydroksychinolina (oksyna) z większością metali (poza metalami alkalicznymi) tworzy
barwne połączenia chelatowe (kleszczowe). Związki te wytrącają się w określonym pH.
Zmieniając pH środowiska reakcyjnego można rozdzielić mieszaninę kationów metali
poprzez stopniowe wytrącanie ich w postaci soli z 8-hydroksychinoliną. Z tego właśnie
względu związek ten jest często używany do oznaczania jonów metali w roztworach
wodnych.
O
N
+ Co2+
Co
N
N
O
OH
Zasady azotowe (np. chinolina) z heksacyjanożelazianem(II) potasu tworzą
dobrze krystalizujące, trudno rozpuszczalne sole. Kształt kryształów otrzymanych
połączeń jest bardzo charakterystyczny, co pozwala na identyfikację wielu alkaloidów.
K4[Fe(CN)6]
+ 4HCl 4
4 4
Cl
[Fe(CN)6] + 4KCl
N
N N
H
H
4
5. Próby na pochodne pirymidyny
Pirymidyna jest związkiem najważniejszym z diazyn, ze względu na
rozpowszechnienie jej pochodnych. Struktura pirymidyny jest bardzo zbliżona do
struktury pirydyny. Stanowi ją sześcioczłonowy pierścień aromatyczny z dwoma
heteroatomami azotu w położeniach 1 i 3. Obecność drugiego atomu azotu potęguje
właściwości chemiczne w porównaniu z pirydyną. Pirymidyna stanowi podstawowy układ
27
FARMACJA  Chemia organiczna
dla zasad pirymidynowych, budujÄ…cych kwasy nukleinowe (cytozyna, tymina, uracyl), a
jako pierścień nasycony występuje w szeroko stosowanych barbituranach, pochodnych
kwasu barbiturowego (Allobarbital, Luminal).
H
O
N OH N O
H H
N N
N N
O O
NH2 cytozyna NH2
kwas barbiturowy
formy tautomeryczne
a. Reakcja Parriego na pochodne kwasu barbiturowego
Na obecność barbituranów w próbce wskazuje dodatnia próba Parriego,
polegająca na tworzeniu z jonami kobaltowymi(II) w bezwodnym środowisku, w obecności
zasad, fluoryzujących kompleksów o zabarwieniu czerwonofioletowym.
Dodatni wynik tej próby dają także pochodne puryny.
R2
O
R1
O OH
NH3
N
O
O
NH NH NH N
Co2+, NH3
Co
N
N
O
O
N
O O O O
barwna
NH3 pochodna barbituranu
R1 R2 R1 R2
(zwiÄ…zek koordynacyjny)
R1
R2 O
b. Próba mureksydowa na pochodne puryny
Pirymidyna skondensowana z pierścieniem imidazolu (1,3-diazolu) stanowi kolejny
bardzo ważny układ heterocykliczny, zwany puryną. Struktura ta występuje w adeninie i
guaninie, kwasie moczowym a także w takich alkaloidach jak kofeina, teobromina i
teofilina. OH
NH2
N
NH
N
N
OH
NH
N
OH N
N
adenina kwas moczowy
(6-aminopuryna)
Charakterystyczną reakcją na układy purynowe jest próba mureksydowa,
polegajÄ…ca na ich utlenieniu do pochodnych kwasu purpurowego o zabarwieniu
czerwonożółtym. Kwas moczowy pod wpływem kwasu azotowego(V) ulega hydrolizie do
mocznika i kwasu dialurowego, który częściowo ulega utlenieniu do alloksanu. Obydwa
produkty reakcji Å‚Ä…czÄ… siÄ™ ze sobÄ… tworzÄ…c trudno rozpuszczalnÄ… alloksantynÄ™.
28
FARMACJA  Chemia organiczna
Alloksantyna w obecności amoniaku tworzy mureksyd  sól amonową kwasu
purpurowego.
OH
OH
OH
N NH2
N
N
H+
OH + 2H2O +
C O
NH
NH2 OH N OH
OH N
kwas moczowy kwas dialurowy
O
OH O OH
OH
O
OH O
NH
N NH N
[O]
-H2O
O NH O
OH N OH O NH O OH N OH
alloksan alloksantyna
O
OH
N
NH
N
2NH3
-2H2O
O NH O
OH N O
NH4
mureksyd
Ponadto kwas moczowy, tak jak inne heterocykliczne pochodne fenoli oraz proste
fenole, posiada zdolność redukowania soli kwasów fosforomolibdenowego i
fosforowolframowego (reakcja Folina) do połączeń o niższym stopniu utlenienia metalu 
Mo5+ do Mo3+ oraz W5+ do W3+. Dokładna struktura tych barwnych połączeń nie jest
znana.
Pytania sprawdzajÄ…ce
1. Jak odróżnić od siebie laktozę i galaktozę, co zaobserwujesz?
2. Na czym polega próba Molischa i o czym świadczy jej negatywny wynik?
3. W trzech probówkach znajdują się wodne roztwory glukozy, sacharozy i fruktozy. Jak
stwierdzić w której z nich jest fruktoza?
4. Wymień dwa naturalne cukrowce, które dają pozytywny wynik z odczynnikiem
Seliwanowa.
5. Które z wymienionych związków dają pozytywny wynik próby Fehlinga: aldehyd
glicerynowy, D-ryboza, glikogen, laktoza, fruktoza, maltoza, celuloza, sacharoza, D-
glukoza?
6. Jak sprawdzić, czy dany roztwór zwiera skrobię?
29
FARMACJA  Chemia organiczna
7. Jakie reakcje należy przeprowadzić, aby wykryć obecność aminokwasu w roztworze?
Podaj odpowiednie równania reakcji i spostrzeżenia.
8. Omów reakcje charakterystyczne pozwalające na wykrycie szczególnych
aminokwasów zawierających dodatkowe grupy funkcyjne lub układy aromatyczne.
9. Na czym polega próba biuretowa? Jakie związki pozwala wykryć?
10. Jakie reakcje należy przeprowadzić aby odróżnić od siebie cysteinę, alaninę i prolinę?
Co zaobserwujesz?
11. Jaka jest przyczyna żółknięcia skóry po zetknięciu się ze stężonym roztworem kwasu
azotowego(V)?
12. Jakie zmiany zaobserwujesz po działaniu na roztwór białka: etanolem, chlorkiem
sodu, azotanem(V) srebra, chlorkiem amonowym? Które zmiany można cofnąć po
silnym rozcieńczeniu wodą?
13. Przedstaw podział tłuszczowców.
14. Omów liczby charakteryzujące jakość tłuszczów.
15. Na czym polega proces zmydlania tłuszczów?
16. W jaki sposób można otrzymać mydła rozpuszczalne i nierozpuszczalne w wodzie?
17. Na czym polega proces utwardzania tłuszczów?
18. Jak zachowują się kwasy tłuszczowe nienasycone pod wpływem tlenu z utleniaczy?
19. Przedstaw wzór cholesterolu.
20. Omów właściwości chemiczne cholesterolu. Napisz odpowiednie równania reakcji.
21. Narysuj wzory strukturalne: tiofenu, furanu, pirolu, pirydyny, pirymidyny,
piperydyny, indolu, chinoliny, kwasu moczowego.
22. W jaki sposób wykryjesz pochodne pirolu?
23. Na czym polega reakcja antypiryny z kwasem azotowym(III)?
24. W jaki sposób udowodnisz zasadowość pirydyny, chinoliny, chininy?
25. Napisz równanie reakcji 8-hydroksychinoliny z jonami bizmutu(III).
26. Napisz równanie reakcji chinoliny z siarczanem(VI) miedzi(II).
27. Jak wykrywamy indol?
28. Podaj reakcje charakterystyczne dla kwasu moczowego. Na czym polega ich przebieg?
29. Podaj przebieg reakcji Parriego dla cytozyny.
30. Na czym polega próba mureksydowa?
30