2004/2005
Wykład 25. AMINY: WA
AÅšCIWOÅšCI FIZYKO-
CHEMICZNE I BIOLOGICZNE
Plan wykładu jest następujący:
1. Nomenklatura, właściwości fizyczne, struktura
2. Zasadowość
3. Niektóre ważne aminy bioaktywne
Nomenklatura, właściwości fizyczne, struktura
Nomenklatura (Rysunek 1)
W powszechnym systemie nazewnictwa grupowo-funkcyjnym, który na rysunku
odznaczono kolorem czerwonym, większość alifatycznych amin pierwszorzędowych  to
alkiloaminy. Jest np. metyloamina, etyloamina, izobutyloamina, cykloheksyloamina. I ten
Jeżeli zna się nazwy zwyczajowe....,
reszta jest prosta
Aminy alifatyczne
CH3
CH3NH2 NH2
CH3CH2NH2 CH3CHCH2NH2
metyloamina etyloamina izobutyloamina cykloheksyloamina
(metanoamina) (etanoamina) (2-metylo-1-propanoamina) (cykloheksanoamina)
CH2CH3
CH3NHCH2CH3 (CH3CH2)2NH (CH3CH2)3N CH3NCH2CH2CH3
etylometyloamina dietyloamina trietyloamina etylometylopropyloamina
(N-metyloetanoamina) (N-etyloetanoamina) (N,N-dietyloetanoamina) (N-etylo-N-metylo-
-1-propanoamina)
H2NCH2CH2OH H2NCH2CH2COOH
(2-aminoetanol) ²-alanina
(kwas 3-aminopropanowy)
Aminy szeregu benzenowego
NH2 N(CH3)2 H3C NH2
anilina N,N -dimetyloanilina p-toluidyna
(benzenoamina) (N,N -dimetylobenzenoamina) (4-metylobenzenoamina)
Aminy heterocykliczne
NS
4 3 5 1
2
5 2 4
1 3
N NN
HH
pirolidyna imidazol tiazol
(azacyklopentan) (1,3-diazacyklopenta-2,4-dien) (1-tia-3-azacyklopenta-2,4-dien)
azolidyna 1,3-diazol 1,3-tiazol
O O
N N N
N
(CH3)
H
pirydyna (N-metylo)morfolina chinolina
(azabenzen) ((N-metylo)-1-oksa-4-azacykloheksan) (azanaftalen)
azyna (N-metylo)-1,4-oksazynan
Rysunek 1
1
2004/2005
powszechny system nazewnictwa stosuje się do prostych amin. Natomiast według reguł
systematycznej nomenklatury podstawnikowej (nazwy w nawiasie), przed rodzajowym su-
fiksem amina powinien być rdzeń będący identyfikatorem węglowodoru, a nie grupy alkilo-
wej. Czyli w nomenklaturze systematycznej alkiloaminy  to alkanoaminy. Aminy drugo- i
trzeciorzędowe nazywa się podobnie. Drugi i trzeci podstawnik przy atomie azotu znajdują
się w nazwie jako prefiks(y), niezależnie od systemu nazewnictwa W hierarchii ważności
grup grupa aminowa zajmuje dość odległe miejsce. Dlatego, jeżeli w związku są inne funkcje,
grupa aminowa zwykle znajduje siÄ™ w nazwie jako prefiks.
Najpowszechniejsze trzy aminy szeregu benzenowego prawie nigdy, poza indeksowa-
niem, nie noszÄ… nazw systematycznych. W przypadku amin heterocyklicznych mogÄ… siÄ™ zda-
rzyć aż trzy nazwy. Obok nazwy zwyczajowej i systematycznej (o identyfikatorze węglowo-
dorowym) do amin monocyklicznych zawierających w pierścieniu do 10 atomów stosuje się
także specjalną nomenklaturę związków heteromonocyklicznych (Hantzsch 1887, Widman
1888). Na rysunku podano kilka ważnych amin heterocyklicznych. Pirolidyna i morfolina,
jak wiemy, służą do wytwarzania enamin. Imidazol ma bardzo cenne właściwości kata-
lityczne. 1,3-tiazol występuje w witaminie B1 oraz w niektórych sulfamidach. Pirydynę,
chinolinę i N-metylomorfolinę, używa się powszechnie w reakcjach jako czynniki wiążące
kwasy i/lub jako katalizatory.
Właściwości fizyczne
Aminy są związkami o umiarkowanej polarności. Mają temperatury wrzenia wyższe
niż odpowiadające im masą cząsteczkową alkany, lecz niższe niż odpowiednie alkohole.
Cząsteczki amin 1ż i 2ż mogą tworzyć silne wiązania wodorowe między sobą a ponadto z
czÄ…steczkami wody lub z czÄ…steczkami innego rozpuszczalnika hydroksylowego. Aminy 3°
mogą tworzyć wiązania wodorowe tylko z cząsteczkami wody lub innego rozpuszczalnika
hydroksylowego. W wyniku tego, aminy 3ż wrą niżej niż aminy 1ż i 2ż. Wszystkie niżej cząs-
teczkowe aminy rozpuszczają się w wodzie. Jeżeli nie rozpuszczają się w wodzie, to dzięki
swojemu charakterowi zasadowemu przeważnie roztwarzają się w rozcieńczonych wodnych
roztworach kwasów mineralnych, gdyż dają sole, które na ogół rozpuszczają się w wodzie.
Sole mono-, di- i trialkilowe czy arylowe powinno się nazywać solami aminiowymi, a sole
tetraalkilowe  czwartorzędowymi solami amoniowymi. Zwyczajowo jednak najczęściej i
jedne, i drugie nazywa siÄ™ solami amoniowymi.
Struktura amin alifatycznych
Atom azotu większości amin alifatycznych jest podobny do atomu azotu amoniaku
(Rysunek 2). Ma hybrydyzację w przybliżeniu sp3. Grupy alkilowe lub atomy wodoru okupu-
ją naroża tetraedru. Orbital z wolną parę elektronową jest skierowany do naroża czwartego.
Jeżeli opisujemy geometrię aminy uwzględniając tylko rozlokowanie rdzeni atomowych,
mówimy o niej jako o trygonalnej piramidzie. Jeżeli uwzględnimy jednak i wolną parę
elektronową, mówimy, że amina ma kształt tetraedru. Kąty w tym tetraedrze są bardzo
blisko standardu metanowego, tj. 109.5°. Dla przykÅ‚adu, kÄ…ty miÄ™dzy podstawnikami w
trimetyloaminie wynoszÄ… 108.7°.
Jeżeli trzy grupy alkilowe są różne, amina będzie chiralna. Będzie miała enancjomery,
które powinno się dać rozseparować. Najczęściej to się jednak nie udaje, gdyż enancjomery
szybko interkonwertujÄ… (Rysunek 2). Nazywa siÄ™ to interkonwersjÄ… piramidalnÄ… lub azotowÄ…,
a żargonowo efektem parasola. Bariera interkonwersji wynosi 6 kcal mol-1. W stanie przej-
2
2004/2005
ściowym atom azotu ma hybrydyzację sp2 z wolną parą elektronową zajmującą orbital p. Sole
amoniowe nie ulegają interkonwersji, gdyż brak im wolnej pary elektronowej. Dlatego te z
czterema różnymi podstawnikami są chiralne i dają się rozdzielić na enancjomery, względnie
stabilne.
Piramida? Tetraedr? Parasol? Ręka (cheir)?
© K © l i
T T
oi i o
m e m
1 zz 1i i
9l w 9 e
9i i 9 w
8nk 8nk
ac K
s i
ac
s
zz
N
H3C
CH3
CH3
KÄ…t walencyjny = 108.7°
R R R R
R  R  R  R 
NN R    R    N
N
R   R   R   R  
X X
Rysunek 2
Zasadowość
Efekty elektronowe w aminach i ich kationach
Aminy są relatywnie słabymi zasadami. Są mocniejszymi zasadami niż woda,
alkohole czy też etery, lecz oczywiście słabszymi niż karboanion, jon hydroksylowy czy alko-
ksylowy. Dogodnym sposobem porównywania mocy amin jest porównywanie stałych kwaso-
wości lub pKa ich skoniugowanych kwasów czyli kationów alkiloaminiowych. Im silniejsza
zasada, tym jej pKa większe. Różnice w zasadowości amin tłumaczymy efektami
wewnętrznymi indukcyjnym i rezonansowym oraz zewnętrznym efektem solwatacyjnym.
Zasadowość amin wynik subtelnej gry między
intra- i interakcjami elektronowymi
© © s k © © © © ©
T i T i z i T i T i T i T k T i
o z o z Ki o z o z o z o i o z
m 1 m 1 1 e m 1 m 1 m 1 m e m 1
a 9 a 9 9 w a 9 a 9 a 9 a w a 9
s 9 s 9 9 i s 9 s 9 s 9 s i s 9
z 8 z 8 8 c z 8 z 8 z 8 z z z 8
Ki Ki © z Ki Ki Ki Ki Ki
l l l l l 1 l
i i i i i 9 i
n n n n n 9 n
k k T k k k 8 k
i i o l i i i l i
e e m i e e e i e
w w a n w w w n w
pKa NH3 CH3NH2 CH3CH2NH2 CH3CH2CH2NH2
skoniugowanych
9.26 10.64 10.75 10.67
kwasów
Zasadowość w fazie gazowej (CH3)3N > (CH3)2NH > CH3NH2 > NH3
Zasadowość w roztworze wodnym (CH3)2NH > CH3NH2 > (CH3)3N > NH3
Rysunek 3
Aminy alifatyczne. Rysunek 3 podaje pKa amoniaku i trzech amin 1° pierwszych w szeregu
homologicznym o prostych nierozgałęzionych łańcuchach. Aminy są silniejszymi zasadami
niż amoniak. Fakt ten tłumaczymy efektem uwalniania elektronów przez grupy alkilowe. Po
pierwsze, zwiększa to gęstość elektronową na atomie azotu aminy w porównaniu do atomu
azotu amoniaku, i po drugie, wpływa, jeszcze w większym stopniu niż na grupę aminową,
3
9
9
8
©
T
o
m
a
©
K
T
i
o
l
m
i
a
n
s
k
z
i
K
e
i
w
l
1 i
i
©
ne
T
ki
o
1 w
m
9i
ac
9c
s z
8z
z
©
s K
T
z
o
i
m
l
a
i
s
n
z
k
K
i
i
e
l
w
i
i
ne
c
ki
z
1 w
9
9i
9
9c
8
8z
1
2004/2005
stabilizujÄ…co na kation alkiloaminiowy przez rozpraszanie jego Å‚adunku dodatniego. Potwier-
dzają to wyniki pomiarów zasadowości w fazie gazowej trzech amin metylowych. Najsilniej-
szą zasadą jest trimetyloamina, drugą z kolei  dimetyloamina, najsłabszą  metyloamina, a
jeszcze słabszą  amoniak. W roztworze wodnym taki szereg zasadowości jednak się nie
zachowuje. Tutaj zasadą najsilniejszą jest dimetyloamina, następnie mamy metyloaminę i
dopiero wtedy trimetyloaminę, na końcu jako najsłabsza zasada występuje amoniak. W roz-
tworze wodnym dochodzi do głosu stabilizacja kationu aminiowego przez wiązania wodoro-
we z czÄ…steczkami wody. Kation trialkiloaminiowy ma w tym celu do dyspozycji tylko jeden
atom wodoru i efekt solwatacyjny jest mniejszy niż w przypadku kationów alkilo- i
dialkiloaminiowych, dysponujÄ…cych, odpowiednio, trzema i dwoma atomami wodoru. Efekt
indukcyjny aż trzech grup metylowych, o którego istnieniu świadczy porównanie zasado-
wości trialkiloaminy do zasadowości amoniaku w fazie gazowej, nie równoważy jednak sła-
bych oddziaływań między kationem trialkiloaminiowym a rozpuszczalnikiem, jakie mają
miejsce w roztworze aminy trzeciorzędowej, w porównaniu do roztworów amin niżej rzędo-
wych. Dlatego trimetyloamina w roztworze wodnym jest zasadą słabszą niż dimetyloamina.
Aminy aromatyczne
Aromatyczne aminy, np. anilina, p-toluidyna, są słabszymi zasadami niż omówione
wyżej aminy alifatyczne. Rozważmy problem na przykładzie aniliny (Rysunek 4). Można to
w części tłumaczyć, po pierwsze, efektem rezonansowym samej aniliny. Anilina obok dwóch
struktur Kekulego ma jeszcze trzy struktury ze zdelokalizowaną do pierścienia (na pierścień)
wolną parą elektronową grupy aminowej, co zmniejsza jej dyspozycyjność dla protonu. W
sumie, struktur granicznych jest pięć. Oznacza to, że cząsteczka aniliny jest bardzo trwała i
nie ma tendencji do zmiany swojego stanu. Po drugie, przyłączenie protonu do aniliny daje
kation aniliniowy, tylko o dwóch strukturach granicznych Kekulego, co czyni energię
stabilizacji rezonansowej mniejszą niż samej aniliny. Atomy węgla w anilinie mają
hybrydyzację sp2 i są bardziej elektroujemne niż atomy węgla sp3 w aminach alifatycznych.
Ściąganie elektronów przez fenyl jest trzecim ważnym efektem odpowiedzialnym za małą
Z zasadowością amin aromatycznych
jest poczwórnie kiepsko
pKa NH3 c-C6H11NH2 C6H5NH2 p-CH3C6H4NH2
skoniugowanych
9.26 10.64 4.58 5.08
kwasów
NH2 NH2 NH2 NH2 NH2
1.
NH3 NH3
2.
2 3
3. Elektroujemność Csp > elektroujemność Csp
4. Zasadowość w fazie gazowej C6H5NH2 > NH3
Zasadowość w roztworze wodnym NH3 > C6H5NH2
Rysunek 4
zasadowości aniliny. Wreszcie, po czwarte, w fazie gazowej anilina jest silniejszą zasadą niż
4
:
:
:
:
:
:
:
:
:
2004/2005
amoniak, co świadczy o słabej solwatacji kationu aniliniowego w porównaniu do kationu
amonowego.
Czwartorzędowe wodorotlenki amoniowe
Czwartorzędowe sole amoniowe nie mają wolnej pary elektronowej i nie są zasadowe.
Jeżeli podziałamy na nie tlenkiem srebra w roztworze wodnym (Rysunek 5) albo podamy
roztwór wodny takiej soli na silnie zasadowy anionit, otrzymamy czwartorzędowe wodoro-
tlenki amoniowe. SÄ… to bardzo silne zasady o mocy zasad nieorganicznych, co wynika z ich
całkowitej dysocjacji. Czwartorzędowe wodorotlenki amoniowe reagują z kwasami i dają
czwartorzędowe sole amoniowe.
Czwartorzędowe wodorotlenki amoniowe
sÄ… silnymi zasadami
Otrzymywanie
© s k c
T m z ie z
o a K ilin wi
2 RCH2CH2N(CH3)3 X + Ag2O + H2O 2 RCH2CH2N(CH3)3 OH + 2AgX
© s k c
T a z ie z
o m K ilin wi
P P
RCH2CH2N(CH3)3 X + OH RCH2CH2N(CH3)3 OH + X
Reaktywność
© a K ilin wiz
T s k
o m z ie c
RCH2CH2N(CH3)3 OH + HCl RCH2CH2N(CH3)3 Cl + H2O
Rysunek 5
Aminy kontra amidy (Rysunek 6)
Chociaż amidy jako acylowane aminy są, powierzchownie rzecz biorąc, do nich
podobne, są daleko mniej zasadowe niż aminy, nawet niż aryloaminy. pKa ich skoniugowa-
nych kwasów wynosi przeważnie około 0.0, co tłumaczy się przede wszystkim efektami rezo-
nansowymi. (i) W cząsteczkach amidów efekt rezonansowy powoduje zmniejszenie gęstości
elektronowej na atomie azotu w porównaniu do gęstości elektronowej atomu azotu amin. (ii)
Sprawę aminy v. amidy o zasadowość
wygrywajÄ… aminy
´-
O O
´+
+
R C NH2 + H2O R C NH3 + OH
+
R NH2 + H2O R NH3 + OH
:O: : :
: :
OO
+
R C NH2 R C NH2 R C NH2
: :
: : O
O
+ +
R C NH3 R C NH3
+
+
:OH :OH :OH
+
R C NH2 R C NH2 R C NH2
Rysunek 6
+
5
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
c
z
e
wi
lin
ki
K
i
z
as
T
om
©
z
w
ic
k
ie
ilin
K
sz
ma
©
To
2004/2005
Analogicznie jak w przypadku anilina kation aniliniowy, tak w przypadku amid kation
amidoniowy, stabilizacja rezonansowa jest większa dla indywiduum nieuprotonowanego. (iii)
W rzeczywistości atom azotu amidu jest tak słabo zasadowy, że w grupie amidowej protonuje
się atom tlenu, który jako bardziej elektrofilowy z reguły jest mniej zasadowy niż azot.
Jednakże powstały amidowy kation oksoniowy ma aż trzy formy rezonansowe, a nie dwie jak
kation amidoniowy.
Aminy jako selektory chiralne
Enancjomerycznie czyste aminy (Rysunek 7)
wykorzystujemy do rozdziału racemicznych kwasów i
Miss Optical Purity
Rysunek 8 pokazuje przykład. Do rozdziału racemicznego
kwasu, którym jest pochodna kwasu octowego użyliśmy
(R)-1-fenyloetyloaminÄ™. Daje ona z obydwoma enancjome-
rami kwasu sole, które są diastereoizomerami. Jako takie,
mają one różne właściwości fizyczne. Jeden diastereoizo-
mer jest rozpuszczalny w środowisku reakcji, drugi nie.
Ten drugi wydziela siÄ™ z roztworu przez krystalizacjÄ™.
Warunkiem powodzenia jest dopasowanie do siebie trzech
elementów: kwasu, aminy i rozpuszczalnika lub układu
rozpuszczalników, tak aby powstałe diastereoizomeryczne
sole miały odpowiednią charakterystykę rozpuszczalności.
Każdą z uzyskanych oddzielnie soli rozkładamy działaniem
Rysunek 7
wodnego roztworu kwasu mineralnego, który jest silniejszy
niż kwas rozdzielany, i w którym użyta amina się roztwa-
rza, i pozostaje w roztworze. Uwolniony z soli kwas, albo wydziela się z roztworu, jeżeli jest
w wodzie nierozpuszczalny, albo ekstrahuje siÄ™ go rozpuszczalnikiem organicznym.
Zamiast lupy wykorzystujemy
różnicę właściwości fizycznych
COOH COOH NH2
+ C6H5 C H Reagent
H OH HO H
C C
rozdzielajÄ…cy
C6H5 C6H5 CH3
(R) (S)
Kwas
(R)-Amina
COO NH3 COO NH3
H OH C6H5 C H HO H C6H5 C H
C
C
C6H5 CH3 C6H5 CH3
(R) (R,R)-Sól (S) (S,R)-Sól
(R) (R)
Rozdział
H3O H3O
COOH COOH
HO
H OH H
C C
C6H5 C6H5
(R)-Kwas (S)-Kwas
Rysunek 8
6
©
s z
k c
T ma K ilin ie i w z
o
©
z iliK i k w z
©
s z
k c
T ma K ilin ie i w z
T
o
i
ma s
n e c
o
2004/2005
H N
H N
CH3O
H
H
CH3O
N
N
H
H
H
H
O
O
O
O
H
H
(- )-Strychnina
(- )-Brucyna
Na czerwono odznaczono szkielet 2-fenyloetyloaminy Rysunek 9
1-Fenyloetyloamina jest przykładem chiralnego selektora syntetycznego. Wiele
takich selektorów oferuje nam natura, która z reguły dzięki katalizie enzymatycznej nie
syntezuje związków racemicznych, lecz tylko określone enancjomery. Nazywamy je
molekularnymi bioselektorami chiralnymi i ich przykłady podaje Rysunek 9, z dwoma
naturalnymi trzeciorzędowymi aminy strychniną i brucyną, należącymi do alkaloidów.
y
ródłem amin biogennych są trzy istotne aminokwasy
NH2 NH2 NH2
N
COOH COOH COOH
N N
fenyloalanina
H H
tryptofan histydyna
CO2
NH2
HO NH2
NH2
N
COOH
COOH
HO
N
N
tyrozyna
H
H
5-hydroksytryptofan histamina
CO2
HO NH2
HO NH2
COOH
HO
hormony,
dihydroksyfenylo-
N
mediatory
alanina (DOPA)
H
i/lub
serotonina
neuro-
CO2
CO2
transmitery
H
HO NH2 HO N
HO
O
HO
N
dopamina
H
HO
N-acetyloserotonina
katechol (ang.)
OH
H
pirokatechina
HO NH2 O
N
O
HO
N
noradrenalina
H
N-acetylo-O-metylo-serotonina
OH
melatonina
H
HO N
HO
Rysunek 10
adrenalina KATECHOLOAMINY
7
a
s
z
K
ilin
k
ie
w
i
z
©
T
o
m
©
T
o
m
a
k
ie
w
i
z
s
z
K
ilin
2004/2005
Niektóre ważne aminy bioaktywne
Wiele związków ważnych biologicznie i medycznie oraz toksyn jest aminami i/lub
czwartorzędowymi solami amoniowymi. Poniżej pokazano niektóre biologiczne klasy związ-
ków aminowych i w ich obrębie przykłady indywiduów, wydaje się, że edukacyjnych dla
współczesnego człowieka.
Aminy biogenne
Aminami biogennymi nazywa się związki, które powstają z istotnych dla wyższych
organizmów aminokwasów takich jak fenyloalanina, tryptofan, histydyna (Rysunek 10). Z
fenyloalaniny powstaje dopamina, noradrenalina i adrenalina, z tryptofanu  serotonina,
i melatonina z histydyny  histamina. Trzy pierwsze związki noszą też wspólną nazwę
katecholoaminy lub aminy katecholowe, ponieważ są pochodnymi katecholu (nazwa
angielska; po polsku pirokatechina). Wymienione aminy sÄ… hormonami, mediatorami i/lub
neurotransmiterami.
Główne gruczoły dokrewne człowieka
sÄ… z
ródłem klasycznych hormonów
Podwzgórze
Szyszynka
Przysadka mózgowa
Przytarczyca
Tarczyca
Nadnercza
Trzustka
Nerka
Jajniki
JÄ…dra
Rysunek 11
8
2004/2005
Hormony sÄ… chemicznymi substancjami sygnalizujÄ…cymi, regulujÄ…cymi metabolizm.
Są wytwarzane przez gruczoły dokrewne (Rysunek 11), neurosekrecyjne komórki nerwowe
oraz wyspecjalizowane komórki rozmieszczone w kilku tkankach. Komunikację hormonalną
(Rysunek 12) klasyfikujemy według dystansu, na który sygnał działa. Sygnały autokrynowe
(gr. krinein  wydzielać) są kierowane do komórki, która hormon wyprodukowała. Sygnały
parakrynowe są przenoszone drogą dyfuzji i kierowane do najbliższych komórek, czyli do
swojej własnej tkanki. Sygnały endokrynowe są przenoszone przez krew do komórek
odległych. Mediatory mogą być wytwarzane i wydzielane przez wiele komórek i działają
tylko lokalnie. Dyfundują do wnętrza tkanki i wpływają na komórki sąsiednie. Do
mediatorów, według podanej definicji, można też zaliczyć neurotransmitery.
Hormony biegają na krótki i na długi dystans
Hormon
autokrynowy
Hormony endokrynne
Hormon parakrynny
CzÄ…steczki
hormonów
Komórki
Komórki
Naczynie docelowe
endokrynne
krwionośne
Rysunek 12
Neurotransmitery pracują w neuronach. Miejsce, w którym neurony przekazują syg-
nał do innych neuronów, mięśni lub gruczołów, nazywa się synapsą. Synapsy są elektryczne i
chemiczne. Synapsa składa się z błony presynaptycznej, błony postsynaptycznej i dzielącej
je szczeliny, która ma wielkość 20 Å w synapsach elektrycznych i 200 Å. w synapsach che-
micznych. Neurotransmitery (przekaz
niki nerwowe lub synaptyczne) sÄ… chemicznymi sub-
stancjami sygnalizującymi, regulującymi przekazywanie impulsów nerwowych. Znamy
obecnie przeszło 30 takich związków. Głównymi są acetylocholina i noradrenalina. W
synapsach chemicznych (Rysunek 13) neurotransmiter zmagazynowany w pęcherzykach
synaptycznych neuronu presynaptycznego uwalniany jest w drodze egzocytozy poprzez błonę
presynaptyczną do szczeliny synaptycznej, skąd dyfunduje do właściwego mu receptora na
błonie postsynaptycznej. Uwalniany pakiet neurotransmitera  to około 10 000 molekuł.
Noradrenalina i adrenalina sÄ… produkowane w rdzeniu nadnerczy (Rysunek 11) i
uwalniane do krwi, kiedy człowiek lub zwierzę odczuwa niebezpieczeństwo. Na poziomie
biochemicznym wywołują rozkład glikogenu i uwalnianie glukozy do krwi. Na poziomie
fizjologicznym powoduje to wzrost ciśnienia krwi i tętna, przyspieszenie akcji serca, zwięk-
szenie pojemności płuc i zwiększenie napięcia mięśni. W ten sposób hormony te przygoto-
wują organizm do gwałtownych reakcji albo atak (walka), albo ucieczka. Dopamina, noradre-
nalina i adrenalina w układzie nerwowym służą jako neurotransmitery. Dopamina odgrywa
istotnÄ… rolÄ™ w regulacji i kontroli ruchu, w motywacji i w procesach poznawczych. Jej niedo-
bór w mózgu wiąże się z wieloma chorobami psychicznymi, w tym z chorobą Parkinsona.
Noradrenalina, jak była mowa, jest jednym z dwóch głównych neuroprzekaz
ników. Przykład
9
2004/2005
związków, o których mówimy, pokazuje, że przyroda jest oportunistyczna, i wykorzystuje te
same substancje do różnych celów.
Szczeliny synaptyczne są zapełnione
informacjÄ… chemicznÄ…
Pęcherzyki
synaptyczne
BÅ‚ona pre-
synaptyczna
Acetylocholina
Szczelina synaptyczna
BÅ‚ona postsynaptyczna
Rysunek 13
Melatonina jest produkowana w szyszynce (Rysunek 13). U płazów powoduje skurcz
melanoforów, a w konsekwencji ciemnienie skóry. U ssaków hamuje czynność gruczołów
płciowych i reguluje rytm dobowy. Szyszynka jest gruczołem fotoreceptorowym, przetwarza-
jącym impulsy nerwowe dopływające do oka. Światło hamuje syntezę melatoniny, która
wybucha w ciemności, i wyrzut melatoniny powoduje sen. Melatonina jest nazywana dlatego
hormonem snu. W Polsce w aptekach melatonina jest powszechnie dostępna i sprzedawana
jako środek nasenny. Wszyscy znamy radę babuni lub radę typu mądrości ludowej, że należy
przed snem wypić szklankę ciepłego mleka. W białkach mleka jest dużo tryptofanu. Białka są
szybko trawione, aminokwas ten się uwalnia i możliwa jest jego transformacja poprzez
pośredni etap serotoniny do melanotoniny. Inny pogląd głosi, że należy przed snem spożyć
pokarm węglowodanowy, np. bułkę z dżemem, co podobno też prowadzi do wydzielania
serotoniny, prekursora melatoniny. Kto chce, niech wypróbuje.
10
2004/2005
Serotoninę i histaminę uważa się za typowe mediatory. Serotonina np. podczas pro-
cesu krzepnięcia krwi przechodzi z płytek krwi do surowicy i powoduje zwężenie naczyń
krwionośnych. Występuje też w błonie śluzowej jelita, gdzie pobudza perystaltykę. Jest rów-
nież neurotransmiterem i wydaje się ważna w utrzymaniu stabilności procesów mentalnych.
Sugeruje się, że schizofrenia wiąże się z nieprawidłowym metabolizmem tego neuroprzekaz
-
nika. Prozak, popularny lek "szczęściotwórczy" powoduje wzrost poziomu serotoniny. Hista-
mina występuje w bardzo wielu tkankach. Jest tam przechowywana w komórkach tucznych
(heparynocytach) razem z heparyną (substancja zapobiegająca krzepnięciu krwi). Daje wiele
efektów, między innymi powoduje skurcz mięśni gładkich oskrzeli (w astmie oskrzelowej),
rozszerza włosowate naczynia krwionośne w celu zwiększenia przepływu krwi i obniżenia
ciśnienia, podwyższa przepuszczalność naczyń krwionośnych (pokrzywka i zaczerwienienie
po lokalnym podaniu histaminy). Występuje w pokrzywie parzącej, sporyszu, jadzie pszczół i
w ślinie gryzących owadów.
Inne pochodne 2-fenyloetyloaminy
Katecholoaminy sÄ… pochodnymi 2-
fenyloetyloaminy. Są też inne biologicznie ważne
Ze słyszenia każdy zna
pochodne tej aminy wywierajÄ…ce silne efekty
fizjologiczne i psychotropowe, np. amfetamina
NH2
(Rysunek 14).znany, silny stymulator. We wzorach
strychniny i brucyny na Rysunku 9 też bardzo łatwo
Amfetamina doszukać się szkieletu 2-fenyloetyloaminy (partie
czÄ…steczek odznaczone na czerwono). W podrozdziale
Rysunek 14
Alkaloidy przykładów tych będzie wiele.
Acetylocholina  główny neurotransmiter
Informacja z nerwów do mięśni jest przekazywana na synapsach neuromięśniowych,
zwanych synapsami cholinoergicznymi, gdyż są obsługiwane przez acetylocholinę (Rysunek
15). Postsynaptyczne receptory acetylocholiny są miejscem działania także wielu neurotok-
syn, między innymi tubokuraryny, składnika śmiercionośnych strzał Indian amazońskich.
Tubokuraryna ma w czÄ…steczce miejsca o budowie analogicznej do acetylocholiny i sÄ… one
istotne w wiązaniu się z receptorem. Pozostałe fragmenty obydwu cząsteczek są różne.
Dlatego neurotoksyna nie może dawać prawidłowego efektu biologicznego charakterystycz-
nego dla pobudzenia receptora, z którym się wiąże. Może tylko blokować receptor, co w
efekcie powoduje blokowanie transferu impulsów nerwowych i paraliż mięśni, w tym
odpowiedzialnych za oddychanie. W małych dawkach tubokurarynę wykorzystuje się w
anestezjologii do relaksacji mięśni podczas zabiegów chirurgicznych. Taką samą rolę spełnia
bromek sukcynylocholiny.
11
2004/2005
Ekonomem mięśni jest mały niepozorny
związek. Agresor jest większy
O
CH3COCH2CH2N(CH3)3 Anion
O O
Acetylocholina
(CH3)3NCH2CH2OCCH2CH2COCH2CH2N(CH3)3 2Br
Bromek sukcynylocholiny
H3C CH3
Cl
N
CH2 O
H H
CH2
N
CH3O O
H3C
CH3
Cl
CH3O
Tubokuraryna
Rysunek 15
Witaminy
Witaminy  to niezbędne do życia mikroskładniki żywności, których organizm nie
potrafi syntezować, a które często są koezymami (na ogół po ufosforylowaniu) oraz anty-
oksydantami, a niektóre działają podobnie jak hormony (witamina D). Wzrost, rozwój,
funkcjonowanie centralnego układu nerwowego, rozmnażanie organizmu są między innymi
zależne od witamin. Nazwa witaminy wskazuje, że są to aminy życia, czyli sugeruje, że
witaminy są aminami. Nazwa jest historyczna. Powstała gdy pierwsze odkrywane witaminy
były aminami. Dzisiaj wiemy, że aminami są tylko niektóre, mianowicie te, które należą do
grupy witamin B, w której znajdują się także acylowane pochodne amin. Wszystkie witaminy
grupy B stanowią koenzymy pewnych układów enzymatycznych, a ich budowę przedstawiają
Rysunki 16 i 17.
Antywitaminy
Obok witamin z grupy B mamy też ich antywitaminy, tj. związki działające antagonis-
tyczne do nich. SÄ… to albo zwiÄ…zki naturalne, antybiotyki, albo otrzymane w laboratorium.
Mają budowę podobną do witamin, a więc wszystkie są aminami. Różnice polegają na ogół
na "drobnych(?)" modyfikacjach chemicznych, które są jednak istotne biologicznie. Naj-
częściej antywitaminy są inhibitorami enzymów i na tym opiera się ich główna wartość tera-
peutyczna. Najbardziej znanymi antywitaminami są sulfamidy (wykład 26).
Trankwilizatory
Trankwilizatory są to środki działające depresyjnie na ośrodkowy układ nerwowy,
czyli kolokwialnie mówiąc uspokajająco (tranquillus po łacinie cichy spokojny) i przeciw-
lękowo. Jest ich duża liczba. Najpopularniejsze są dwa Elenium i Relanium (Rysunek 18).
12
ie
w
ic
z
s
z
K
ilin
k
©
T
o
m
a
©
T
o
m
a
s
z
K
ilin
k
ie
w
i
z
2004/2005
Witaminy, które są aminami i/lub ich pochodnymi
OH
X
3
N N
Y
OH
©
T
o9
m
a9
s 1
z8
Kz
i
l
i
n
k
i
e
w
i
NH2 S
N OH
N
X = Cl Y = HCl formy handlowe
X = NO3 witaminy B1
N
Tiamina
Witamina B2 O
Ryboflawina
O
R
HO
OH
OX
R = CH2OH X = H lub PO3H2
N
N
R = CHO X = H lub PO3H2
Kwas nikotynowy
R = CH2NH2 X = H lub PO3H2
Amid kwasu nikotynowego
Witamina PP
Kompleks witamin B6
OH
H
N
HO
R
R
O OH
O
O
R = COOH - Kwas D(+)-pantotenowy
OH
N
R = CH2OH - D(+)-pantotenol
O
Witaminy B5 H
O
H
HN
O
H2N N N
Kwas 5,6,7,8-tetrahydrofoliowy
HN NH H
Witamina BC
OH
S
Rys.17
O
Cyjanokobalamina
Rysunek 16
Witamina B12
D(+)-biotyna Witamina H
Alkaloidy
Alkaloidy są to aminy, najczęściej o złożonej heterocyklicznej budowie, wytwarzane
przez rośliny, najprawdopodobniej jako broń przeciw ich naturalnym wrogom. Wiele z nich
wywiera silne działanie fizjologiczne i psychotropowe, fakt odkryty na długo przed narodzi-
nami chemii organicznej. Alkaloidów, a zwłaszcza tych o bardziej skomplikowanej budowie
raczej zwyczajowo nie nazywa siÄ™ systematycznie. Ich nazwy wywodzi siÄ™ natomiast przewa-
żnie z łacińskiej nazwy z
ródła ich pochodzenia lub od skutku biologicznego, jaki powodują.
Wszystkie alkaloidy mają w nazwie końcówkę  ina (yna). Taką końcówkę mogą też mieć
aminy niealkaloidowe, np. pirolina, morfolina. SÄ… to jednak zwiÄ…zki o prostej strukturze.
Jeżeli amina ma skomplikowaną heterocykliczną budowę i jej nazwa kończy się na -ina,
prawie na pewno jest alkaloidem.
O dwóch alkaloidach była już dzisiaj mowa, mianowicie o strychninie i brucynie.
Zobaczymy teraz kilka dalszych przykładów ważnych alkaloidów używanych i/lub naduży-
wanych przez człowieka (Rysunek 19; na czerwono odznaczono fragment struktury będący
13
O
N
N
H
N
N
2004/2005
Rozwiązanie struktury witaminy B12 przyniosło
Dorothy Hodgkin nagrodÄ™ Nobla
CONH2
CH2
CH2 CH3 CH3
NH2COCH2 CH2CONH2
CH2CH2CONH2
H3C A
B
CN
N
N
H3C
Co
N N
CH3
D
C
NH2COCH2
CH3
OCCH2CH2
CH3
CH3 CH2CH2CONH2
HN
H2C
CH
CH3
H3C O N
O
P
N
CH3
O
O
OH
Rysunek 17
O
HOH2C
szkieletem 2-fenyloetyloaminy). Meskalina i amid kwasu lizergowego są środkami halucy-
nogennymi, morfina, kodeina (środek przeciwkaszlowy) i papaweryna  analgetykami.
Chinina była powszechnie stosowana w leczeniu malarii, a obecnie jest klasyfikowana do
leków przeciwbólowych. Atropina stanowi podporę okulistyki. Kokaina jest stosowana do
miejscowego znieczulenia. Kofeina, teofilina, teobromina i nikotyna występują w
powszechnych używkach.
Czym płacimy za spokój?
NHCH3 CH3
N O
N
©
T k
o i
m e
a w
s i
z z
K
i
l
i
n
1
9
9
8
HCl
N
Cl
N
Cl
O
Elenium; Librium
chlorowodorek (7-chloro-4-oksy- Diazepam; Relanium
-5-fenylo-3H-benzo<1,4>di-
7-chloro-1-metylo-5-fenylo-1,3,4,5-tetra-
azepin-2-ylo)metyloaminy
hydro-benzo<1,4>diazepin-2-on
Rysunek 18
14
2004/2005
Morfeusz - grecki bóg snu, a nikotyna - to używka
francuskiego ambasadora Nicota
NH2
CH3O N
HN
CH3O
CON(C2H5)2
OCH3
Amid kwasu lizergowego (LSD)
Meskalina
RO
CH3O
N
CH3O
O
H
CH3O
N
H
CH3
CH3O Papaweryna
HO
Morfina (R=H)
Kodeina (R=CH3)
CH3
N
N
H
HO
H
CH3O
C6H5 CH C O H
N
HOH2C O
(- )-Chinina
Atropina
CH3
N
CO2CH3
CH3
O
N
H
H3C H
N1 6 5 N CH3
7
O
8
2 4
9
3 H O C C6H5 N Nikotyna
N
O N
Kokaina
CH3
kofeina (1,3,7-trimetyloksantyna)
Na czerwono odznaczono Rysunek 19
teofilina (1,3-dimetyloksantyna)
szkielet 2-fenyloetyloaminy
teobromina (3,7-dimetyloksantyna)
15
©
T
o
m
a
s
z
K
ilin
k
ie
w
ic
z