1. Chemické repetitorium Chemie je experimentální věda, která popisuje chemické prvky a sloučeniny, jejich vnitřní strukturu, vlastnosti a reakce těchto látek; společně s biologií, fyzikou a geologií tvoří komplex přírodních věd, které pomáhají k lepšímu pochopení studia chemických jevů a reakcí prvků i jejich sloučenin. Chemie je složena z několika podoborů: Anorganická chemie je věda o chemických prvcích a jejich sloučeninách; studium anorganické chemie je nutné doplňovat i poznatky z geologie a mineralogie (např. výskyt různých anorganických sloučenin v horninách apod.). Organická chemie je věda, která studuje sloučeniny uhlíku (s výjimkou několika jednoduchých sloučenin uhlíku, které jsou studovány v rámci anorganické chemie). Biochemie je věda, která úzce navazuje přímo nejen na organickou chemii, ale i na další přírodovědecké discipliny (botanika, zoologie, fyziologie); studuje přeměnu látek (degradaci a syntézu) v buňkách, tkáních i celém organismu za fyziologických i patofyziologických situací. Fyzikální a obecná chemie je věda, která studuje složení atomu, molekul, chemické vazby i chemické reakce a vliv různých fyzikálních zákonitostí (teplota, tlak, změna skupenství a další) na strukturu jednotlivých anorganických i organických látek; tato oblast chemie je úzce navázána na fyziku a matematiku. Analytická chemie teoreticky popisuje různé metodické přístupy k určení kvalitativních i kvantitativních charakteristik jednotlivých chemických látek; tyto přístupy jsou potom využívány pro detekci jednotlivých komponent v živém (biologický materiál rostlinného i živočišného původu) i neživém materiálu (nerostech, homogenních i heterogenních směsích a roztocích). Anorganická a obecná chemie Stavba atomu: Atom je nejmenší částice hmoty, která obsahuje protony, neutrony a elektrony; obsahuje jádro (protony a neutrony) a obal (elektrony). Protony jsou částice s nejmenším kladným nábojem. Neutrony jsou částice bez náboje. Elektrony jsou částice s nejmenším záporným nábojem. Počet elektronů v obalu je stejný jako počet protonů v jádře – atom je elektricky neutrální! Elektrony se pohybují na
elektronových vrstvách, které jsou různě vzdáleny od jádra – nevzdálenější vrstva je valenční vrstva, která obsahuje valenční elektrony (pouze tyto elektrony se podílejí na chemickém slučování atomů do molekul). Proton má hmotnost přibližně jako atom vodíku a jeden kladný náboj; počet protonů v jádře = protonové (atomové) číslo (Z) - toto číslo označuje i pořadí prvku v periodické soustavě prvků a píše se vlevo dole u prvku. Neutron je elektricky nenabitá částice s hmotností jako proton, počet neutronů v jádře neutronové číslo (N). Nukleony jsou protony a neutrony. Počet nukleonů v jádře = nukleonové (hmotnostní) číslo (A) – píše se vlevo nahoře u prvku. A=N+Z Vzorec proto dovolí spočítat počet neutronů v jádře když známe počet protonů a nukleonové číslo Nuklidy jsou atomy se stejným protonovým i nukleonovým číslem. Isotopy jsou atomy se stejným protonovým číslem, liší se nukleonovým číslem a neutronovým číslem. Periodická soustava prvků Je tabulka prvků (základy této tabulky byly vytvořeny chemikem Mendělejevem) uspořádaných podle protonového čísla jednotlivých atomů; každý prvek má svojí chemickou značku. Tabulku tvoří vodorovné řady – periody (označené 1 - 7) svislé řady – skupiny (označené I –VIII). Každá skupina má dvě podskupiny: A – prvky nepřechodné; B – prvky přechodné, které dále obsahují i podskupinu prvky vnitřně přechodné – tvoří je dvě podskupiny lantanoidy a aktinoidy. První perioda obsahuje 2 prvky, druhá a třetí perioda vždy 8 prvků, čtvrtá a pátá perioda mají po 18 prvcích, šestá perioda má 32 prvků a sedmá perioda je zatím neúplná – počet prvků v ní se postupně s novými objevy zvětšuje. V literatuře se dále používá i další dělení prvků v tabulce na kovy, nekovy a polokovy. Atomové orbitaly Jsou to místa, kde se nachází elektron v prostoru kolem atomového jádra. K popisu slouží kvantová čísla: Hlavní kvantové číslo: udává velikost orbitalu – značí se n a má hodnotu od 1 – 7 (číslo je totožné s číslem periody v chemické tabulce) – někdy se také používá místo čísel označení pomocí písmen – K, L, M, N, O, P, Q.
Vedlejší kvantové číslo: vyjadřuje prostorový tvar orbitalu – značí se l a má hodnotu od nuly do n-1 (n = hlavní kvantové číslo): pro n = 1; l = 0; v této vrstvě se nachází pouze s orbital; pro n = 2; l = 0 nebo 1; v této vrstvě se nachází s, p orbitaly; pro n = 4; l = 0, 1, 2; v této vrstvě se nachází s, p, d orbitaly; pro n = 6; l = 0, 1, 2, 3; v této vrstvě se nachází s, p, d, f orbitaly. V Mendělejevově tabulce jsou proto u jednotlivých prvků dále uvedeny malými písmeny příslušné orbitaly (místa, kde jsou valenční elektrony): s a p prvky skupin A zde mají své valenční elektrony, d prvky v B podskupinách zaplňují orbitaly ve slupce n-1, f prvky lanthanoidy a aktinoidy zaplňují orbitaly ve slupce n-2. Magnetické kvantové číslo vyjadřuje orientaci orbitalů v prostoru a jejich počet; značí se m a má hodnotu od -1 do +1. Spinové číslo popisuje chování elektronu v orbitalu – rotaci kolem osy ± ½. Orbitaly se zapisují podle hlavního a vedlejšího čísla. Orbitaly se postupně zaplňují takto: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 5d, 4f, 6p Elektronegativita prvku Je další číslo, které je uvedeno u jednotlivých prvků v periodické tabulce; znamená schopnost atomu příslušného prvku poutat k sobě valenční elektrony při výstavbě chemické vazby: pokud prvek tvoří zásadotvorný oxid – hodnota čísla je < 1, pokud prvek je amfoterní – hodnota je v rozmezí 1 – 2, pokud prvek tvoří kyselinotvorný oxid – hodnota je > 2. Hodnota elektronegativity u nepřechodných prvků v jednotlivých periodách stoupá od IA do VIIA skupiny. Hodnota elektronegativity u nepřechodných prvků v jednotlivých skupinách klesá od 1. do 7. periody. Elektronegativita nejdůležitých prvků pro biomedicinu: draslík -0,85; lithium -0,97; sodík -0,90; vápník -1,0; hořčík -1,2; vodík -2,1; jod -2,4; uhlík -2,5; chlor -2,8; dusík -3,1; kyslík -3,5; fluor -4,1, Oxidační číslo Je formální mocenství – náboj, který by prvek měl ve sloučenině, kdyby si elektrony přivlastnil elektronegativnější z vazebných partnerů; zapisuje se římskou číslicí jako horní index. U atomu prvku, který je v základním stavu je oxidační číslo - nula 0.
Kyslík má ve všech sloučeninách –II, výjimka je v peroxidech – zde je -I, ve sloučeninách s fluorem (OF2) je ale kyslík +I. Vodík má ve všech sloučeninách +I , výjimkou jsou hydridy -I . U sloučenin vodíku s prvky z IIIA – VA skupiny je vodík dohodou uváděn na druhém místě: BH3 - boran, SiH4 – silan…; u skupiny VIA – VIIA je uváděn na prvním místě: H2S - sulfan, H2Se – selan… Alkalické kovy mají oxidační číslo +I , kovy alkalických zemin mají oxidační číslo +II, bór, hliník a lanthanoidy mají oxidační číslo +III, fluor ve všech sloučeninách a ostatní halogeny v halogenidech mají oxidační číslo –I. Součet všech oxidačních čísel v molekule je nula. Oxidace je odevzdání elektronů a zvýšení oxidačního čísla, redukce je přijetí elektronů a zmenšení oxidačního čísla. Tabulka 1 – 1: Koncovky pro označení oxidačních čísel oxid
kyselina
I – ný II – natý III – itý IV – ičitý
-ná -natá -itá -ičitá
oxid V – ečný/ičný VI – ový VII – istý VIII – ičelý
kyselina -ičitá/-ečná -ová -istá -ičitá
Nejdůležitější anorganické sloučeniny Dvouprvkové: oxidy (dříve kysličníky) – kyslík v nich má oxidační číslo –II (příklady Na2O, CaO, AlO3…), sulfidy (dříve sirníky) – síra v nich má oxidační číslo -II (příklady Na2S, PbS…), halogenidy – halogen v nich má oxidační číslo -I (NaCl, CaF2…), některé kyseliny – (HCl, HF…). Tříprvkové: kyslíkaté kyseliny (příklady H2SO4, HNO3…), hydroxidy (příklady NaOH, KOH, Ca(OH)2…). Vazby v chemii Kovalentní (chemická) vazba je tvořena sdílenými elektronovými páry. Jednoduchá vazba je tvořena jedním sdíleným elektronovým párem – spojnice atomových jader je označována jako vazba σ – (sigma). Dvojná vazba je tvořena dvěma sdílenými páry elektronů a to vazbou σ a vazbou π (pí), která je umístěna mimo spojnici atomových jader, ale leží v rovině, která touto spojnicí prochází; délka dvojné vazby je kratší, energie se zvětšuje (nikoliv však dvojnásobně, ale méně). Trojná vazba je tvořena třemi sdílenými páry elektronů a to jednou vazbou σ a dvěma vazbami π, které leží v rovinách procházejících spojnicí atomových jader; délka spojení se zkracuje a energie vazby je větší. Koordinačně -kovalentní vazba je
tvořena podobně jako kovalentní, ale jedna částice dodává celý elektronový pár (donor), druhá částice jej přijímá (akceptor). Podle polarity dělíme vazby na: kovalentní nepolární, kdy je rozdíl elektronegativit (EN) zúčastněných prvků EN < 0,4; kovalentní polární, kdy je rozdíl elektronegativit mezi prvky 0,4 < EN < 1,7; extrémně polární (iontová) vazba s rozdílem elektronegativit EN > 1,7. Slabší vazebné interakce Vodíková vazba je vazba mezi vodíkem a elektronegativním jiným atomem, který má volný valenční elektron – dojde ke shlukování molekul a dále se zvyšuje teplota varu a tání (tyto vazby vznikají mezi molekulami vody, amoniaku, fluorovodíku apod.). Síly van der Waalsovy jsou elektrostatické síly, které působí mezi okamžitými dipóly, vznikajícím vychýlením elektronového obalu atomů při jejich pohybu kolem jádra. Základní chemické výpočty Hmotnost roztoku znamená součet hmotnosti rozpouštědla a hmotnosti rozpuštěné látky. Složení roztoku se vyjadřuje: a) hmotnostním zlomkem – znamená, že roztok je chápán jako jeden celek (nádoba, sud, konev, …), příklady: 20 g roztoku obsahuje 2,5 g rozpuštěné soli – potom 20 je 100 % a 2,5 je x %; proto x : 100 = 2,5 : 20, tedy x = 12,5 % . Někdy se používá hmotnostní procento – roztok jako celek se rovná 100 %. Procenta – pokud máme udělat 5 % roztok nějaké látky, potom rozpustíme 5 g této látky v přibližně 90 ml rozpouštědla a nakonec přesně doplníme rozpouštědlem do celkového objemu 100 ml. b) objemovým zlomkem – je stejné jako hmotnostní zlomek, ale místo hmotnosti se udává objem celku a objem rozpuštěné látky (používá pro vyjádření dvou kapalných látek, které se spolu mísí). c) molárním zlomkem – znamená, že je nutno znát relativní molekulovou hmotnost dané látky (vypočte se součtem relativních hmotností prvků, ze kterých se daná látka skládá) – údaje se získají z chemických tabulek, nebo tabulky periodické soustavy prvků; např. pro
chlorid sodný (NaCl) je nutno znát m.h. sodíku = 22,99 a m.h. pro chlor = 35,45 tedy m.h. pro NaCl = 58,44. Pokud se tato hmotnost (vyjádřena v gramech) rozpustí ve vodě (či jiném rozpouštědle) a nakonec se celkový objem doplní do 1000 ml, potom se jedná o roztok s koncentraci 1 mol / litr (pokud je m.h. vyjádřena v mg – jedná se o 1 mmol / l). Cvičení : a) Připravte 5 molární roztok NaCl ve vodě. Řešení: 5x 58,44 = 292,20 g NaCl rozpustíme v asi 500 ml vody a následně doplníme celkový objem do 1000 ml vodou. b) Jaké je látkové množství H2SO4 v 500 g kyseliny (m.h. H2SO4 je 98 g). Řešení: 1 mol kyseliny je 98 a 500 je x mol proto 500 : 98 = x : 1, tedy x = 5,1 mol. Poznámka: pokud chceme převést hmotnost určité kapaliny na objem, potom musíme znát hustotu dané kapaliny (pro vodu je cca 1, ale pro jiné kapaliny je nutno hustotu dané kapaliny nalézt v chemických tabulkách). Objem = V; hmotnost = m; hustota = ρ (ró); platí vztah: V = m / ρ c) Kolik ml H2SO4 (94 %) musíme vzít, aby měla hmotnost 500 g (ρ této kyseliny je 1,82) ? Řešení: V = 500/1,82 = 218,9 ml kyseliny Organická chemie Organické sloučeniny obsahují relativně málo prvků: zatímco uhlík a vodík jsou ve všech organických sloučeninách, relativně často se vyskytují i organické sloučeniny, které navíc obsahují ještě kyslík, případně dusík. V některých dalších sloučeninách najdeme dále i síru, fosfor, halogeny, existují však sloučeniny, které obsahují i vápník, železo, hořčík, měď či další prvky. Chemické vzorce v organické chemii Pro vyjádření struktury se používají následující možnosti: a) souhrnný – vyjadřuje kvalitativní a kvantitativní zastoupení jednotlivých atomů – hodí se pouze pro jednoduché organické sloučeniny, protože řada složitějších organických látek má stejný souhrnný vzorec; b) strukturní – vyjadřuje vazby pomocí vazebných čárek (vazeb mezi jednotlivými atomy), je proto zřejmá vaznost jednotlivých atomů v organické struktuře;
c) racionální – nejčastější vyjádření v organické chemii, protože vyjadřuje jednotlivé skupiny, které jsou navázané na jednotlivých atomech dusíku a dále vyjadřuje čárkami vazby mezi těmito uhlíky. Uhlíkaté řetězce mohou tvořit dvě obrovské kategorie uhlovodíků : a) acyklické sloučeniny, b) cyklické sloučeniny. Acyklické uhlovodíky Můžeme dále dělit na sloučeniny s řetězcem přímým nebo větveným. V obou těchto kategoriích však platí, že z každého uhlíku vychází vazba buď jednoduchá, dvojná nebo trojná – viz výše v odstavci „vazby v chemii“. Pojem konjugovaná vazba znamená, že se v uhlíkatém řetězci pravidelně střídají jednoduché a dvojné vazby. Z každého uhlíku vycházejí pouze čtyři vazby! Uhlovodíky (mají pouze uhlík a vodík) dělíme na: a) alkany – mají pouze jednoduché vazby odvozené od nejjednoduššího methanu (CH4) a každý další člen je delší o „homologický přírůstek“ –CH2– (jedná se o následující látky: ethan, propan, butan, pentan, hexan, heptan…). Alkany jsou nepolární látky (nerozpouštějí se ve vodě), ale tyto nasycené uhlovodíky (mají pouze jednoduché vazby) jsou rozpouštědly nepolárních sloučenin. Obecný vzorec alkanů je Cn H2n+2 a koncovka -an. b) alkeny – mají v řetězci, kromě jednoduchých vazeb, jednu dvojnou vazbu, která je zdrojem chemické reaktivity (řada začíná sloučeninami ethen, nebo-li ethylen CH2 =CH2, propen CH2 =CH-CH3, buten…). Obecný vzorec alkenů je Cn H2n a koncovka -en. Chemická reaktivita znamená, že se na uhlíky spojené dvojnou vazbou mohou navázat další atomy (této reakci se říká adice): adicí dvou vodíků vznikne z alkenu alkan, adicí vody (jako H+ a OH-) na dvojnou vazbu alkenu vznikne alkohol, adicí dvou atomů halogenu vzniknou halogenuhlovodíky. Dvojná vazba se přitom změní na jednoduchou! c) alkiny – mají v řetězci, kromě jednoduchých vazeb, jednu trojnou vazbu, která je zdrojem chemické reaktivity (řada začíná sloučeninami ethin HC≡CH, propin HC≡C-CH3, butin…). Obecný vzorec alkinů je Cn H2n-2 a koncovka -in. Na uhlíky, ze kterých vychází trojná vazba, se mohou navázat další atomy adiční reakcí (viz alkeny). Trojná vazba se přitom změní na dvojnou a další analogickou adicí až na jednoduchou! Dieny jsou organické sloučeniny, které obsahují dvě dvojné vazby, které se mohou vyskytnout ve třech možnostech: kumulované –C=C=C–C–, konjugované –C=C–C=C– a izolované –C=C–C–C=C–.
Cyklické uhlovodíky Cyklické organické sloučeniny vytváří dvě kategorie organických látek: nafteny a areny. Nafteny dělíme na: cykloalkany nasycené (cyklopropan, cyklobutan, cyklopentan…) mají pouze jednoduché vazby, cykloalkany nenasycené (cyklopenten, cyklobuten,…) mají jednu dvojnou vazbu, cykloalkiny nenasycené (cyklopentin, cyklobutin,…) mají jednu trojnou vazbu. Areny obsahují v cyklickém řetězci střídání jednoduché a dvojné vazby (základem této kategorie organických sloučenin je benzen – C6H6 ). Areny se rozdělují na: monocyklické (mají jedno benzenové jádro) a polycyklické (mají více benzenových jader) jako je naftalen (C10H8 – dvě jádra) nebo antracen (C14H10 – tři jádra). Látky odvozené od arenů jsou důležitá organická rozpouštědla: methylbenzen (toluen): C6H5–CH3 a dimethylbenzen (xylen): CH3– C6H4–CH3, který tvoří tři isomery podle polohy navázaných methylů: 1,2–poloha = ortho (o-), 1,3– poloha = meta (m-) a 1,4–poloha = para (p-). Názvosloví a tvorba vzorců organických sloučenin a) Základ názvu jakékoliv sloučeniny určí nejdelší nerozvětvený řetězec, případně řetězec s největším počtem násobných vazeb, nebo cyklická část sloučeniny. Atomy uhlíku v řetězci očíslujeme –C1–C2–C3–C4–. b) Atomy spojíme vazbami (podle názvu sloučeniny – jednoduché, dvojné, trojné – viz výše), z každého uhlíku vycházejí čtyři vazby. c) Z názvu sloučeniny odvodíme počet atomů uhlíků v základním řetězci. d) Pokud je na určitém uhlíku navázán jiný prvek (skupina) potom toto označíme: např. sloučenina 1–hydroxy–2–methylpropan znamená, že se jedná o tříuhlíkatý alkan, který na prvním uhlíku obsahuje hydroxylovou skupinu –OH, na druhém uhlíku methylovou skupinu – CH3; všechny další vazby na uhlíku doplníme vodíky. Nakonec můžeme provést zápis formou racionálního vzorce (jednotlivé uhlíky z řetězce píšeme odděleně): CH3–CHCH3–CH2OH. e) Pokud z jednoho uhlíku vycházejí dvě stejné skupiny – označí se to: např. 2,2– dimethylpropan znamená, že v tomto alkanu jsou na druhém uhlíku připojeny dvě methylové skupiny: CH3–C(CH3)2–CH3. Pokud z určitého uhlíku vychází dvojná (trojná) vazba, vyznačí se to číslem uhlíku a odpovídající koncovkou, např. but–2–en znamená čtyřuhlíkatý uhlovodík (butan), z druhého uhlíku jde dvojná vazba – proto buten: H3C – HC=CH -CH3.
Funkční skupiny Alkyl vzniká ze základního uhlovodíku (methan, ethan, propan…) odštěpením jednoho vodíku: –CH3 methyl, –C2H5 ethyl, –C3H7 propyl (každý další alkyl se liší o –CH2–), – CH2=CH– vinyl (z ethenu). Odštěpením vodíku z benzenu (základ aromatických sloučenin = areny) vzniká fenyl –C6H5. Další skupiny jsou: –OH hydroxylová, –NH2 aminová nebo-li aminoskupina, C=O karbonylová, =NH iminová, COOH karboxylová… Deriváty uhlovodíků Pokud je v uhlovodíku nějaký atom vodíku nahrazen jiným prvkem nebo skupinou atomů (-Cl, -F, -OH, NO2, …) vznikají deriváty uhlovodíků. Halogenderiváty CHCl3 trichlormethan (chloroform) a CCl 4 tetrachlormethan (chlorid uhličitý) jsou organická rozpouštědla, která se používají k uvolnění hydrofobních komponent (např. tuků) z biologického materiálu. Tetrachlormethan při svém tepelném rozkladu (používá se například v hasicích přístrojích pro hašení v otevřeném prostoru) poskytuje jedovatý CO a COCl 2 (fosgen). CCl3F trichlorfluormethan je jedním z freonů – látek, které se používají jako náplně do ledniček, ale jejich uvolnění do volného prostoru vede k reakci s ozonem a tím k narušení ochranné vrstvy atmosféry. Kyslíkové deriváty uhlovodíků Alkoholy jsou organické látky, které mají v acyklickém uhlovodíku jednu nebo více – OH skupin. Kyslíkový atom této skupiny nese částečně záporný náboj, vodíkový atom skupiny nese částečně kladný náboj. Jednotlivé molekuly alkoholu se proto díky těmto nábojům spolu váží vodíkovou vazbou (viz výše – vazby v chemii). Nejběžnější jednoduché alkoholy mají pouze jednu –OH skupinu: methanol (CH3–OH), ethanol (C2H 5–OH). Nejjednodušší aromatický alkohol je benzylakohol (C6H5–CH2–OH). Nejdůležitějším dvojsytným alkoholem je ethylenglykol (1,2–ethandiol): HO–CH2–CH2–OH. Nejvýznamnější trojsytný alkohol je 1,2,3–propantriol (glycerol): HO–CH2–CHOH–CH2–OH. Fenoly jsou organické látky, které mají skupinu –OH navázanou na benzenové jádro: fenol (karbolová kyselina) C6H5–OH je základním představitelem této skupiny. Aldehydy a ketony jsou organické sloučeniny vzniklé oxidací alkoholu, označují se také karbonylové sloučeniny (C=O). Primární alkohol poskytuje aldehyd, kdy na uhlíkovém atomu karbonylové sloučeniny je vázán jeden atom vodíku a jeden uhlíkový zbytek (u nejjednoduššího aldehydu je místo uhlíkatého zbytku vázán pouze vodík). Typická skupina pro
aldehydy je –CHO (používá se tento nesprávný konsenzus, protože správný zápis –COH by mohl vést k záměně s alkoholem) a koncovka –al. Nejdůležitější aldehydy jsou: formaldehyd (z methanolu) HCHO, acetaldehyd (z ethanolu) CH3–CHO a benzaldehyd C6H5–CHO. Sekundární alkohol poskytuje keton – na uhlíkovém atomu karbonylové sloučeniny jsou vázány dva stejné nebo dva odlišné uhlíkové zbytky. Typická skupina pro ketony je =C=O a koncovka –on. Nejdůležitější ketony jsou: aceton (propanon) CH3-CO-CH3, dihydroxyaceton HO–CH2–CO–CH2–OH (látka, která vzniká při oxidaci tříuhlíkatého cukru triosy, kdy se oxiduje skupina –OH na druhém uhlíku). Karboxylové kyseliny jsou organické látky, které vznikají při oxidaci aldehydů; charakteristickou skupinou je –COOH. Nejdůležitějšími monokarboxylovými kyselinami jsou: kyselina mravenčí (methanová) HCOOH, kyselina octová (ethanová) CH3COOH, kyselina benzoová (benzenkarboxylová) C6H5–COOH. Nejdůležitějšími dikarboxylovými kyselinami jsou: kyselina šťavelová (ethandiová) HOOC–COOH, kyselina malonová (propandiová) HOOC–CH2–COOH, kyselina jantarová (butandiová) HOOC–CH2–CH2– COOH, kyselina glutarová (pentadiová) HOOC–CH2–CH2–CH2–COOH. Kyseliny mohou obsahovat kromě –COOH další skupiny: –OH (hydroxykyseliny): kyselina mléčná (2–hydroxypropanová = laktát) CH3 –CHOH – COOH, kyselina citronová (trikarboxylová hydroxykyselina), kyselina jablečná (butandiová = malát – dikarbonová hydroxykyselina). =C=O (ketokyseliny): kyselina pyrohroznová (2–ketopropanová = pyruvát), CH3 –CO– COOH, α-ketoglutarová (dikarboxylová kyselina odvozená od kyseliny glutarové). –NH2 (aminokyseliny) – v organismu nacházíme dvacet různých aminokyselin, které se podílejí na výstavbě peptidů a bílkovin. Nejjednodušší z nich je glycin NH2–CH2–COOH. Acylové zbytky vznikají po odštěpení skupiny –OH z karboxylu (–COOH) od jakékoliv organické kyseliny, např. formyl HCO–, acyl CH3–CO–, benzoyl C6H5–CO–. Funkční deriváty karboxylových kyselin vznikají náhradou atomů v karboxylu: soli vznikají náhradou vodíku, estery vznikají reakcí kyseliny s alkoholem. Substituční deriváty karboxylových kyselin vznikají náhradou vodíků v jiných než karboxylových skupinách (–COOH), např. kyselina trichloroctová: CCl3COOH. Ethery jsou organické látky odvozené od alkoholů či fenolů; reakcí dvou molekul těchto látek za odštěpení vody vznikají ethery: R1–CH2–OH + HO–CH2–R2 ↔ R1–CH2–O–CH2–R2 + H2O Dusíkové deriváty uhlovodíků
Aminy vznikají formálně náhradou jednoho, dvou nebo tří atomů vodíku v molekule amoniaku (NH3) uhlovodíkovými zbytky. Označení takové sloučeniny amin je potom podle příslušného uhlovodíku a předřadí se počet nahrazených skupin (di-, tri-), např. CH3–NH2 methylamin, CH3 –NH–CH3 dimethylamin, (CH3)3N trimethylamin. Pokud jsou zbytky v di- či triaminech odlišné, potom se popisují jako substituované deriváty primárního aminu, např. N–methylethylamin CH3–NH–CH2–CH3, N,N– dimethylethylamin (CH3)2N–CH2–CH3. Pokud však není aminoskupina hlavní, potom se její přítomnost vyznačí předponou amino-. Je-li na benzenové jádro navázána skupina –COOH (vzniká kyselina benzoová) a dále na jiný uhlík (nutno vyznačit na který – ve vztahu ke skupině –COOH) aromatické struktury se váže –NH2, vznikne např. p-aminobenzoová kyselina. Amidy R–CONH2 vznikají náhradou skupiny –OH v –COOH skupinou –NH2. Např. amid od kyseliny glutamové (kyselá aminokyselina, protože obsahuje dvě –COOH) vzniká tak, že dojde ke změně ve skupině –COOH na skupinu CONH2. Tato aminokyselina se jmenuje glutamin (pozor - sloučenina není amin, ale amid!). Analogicky vzniká od aminokyseliny asparagové její amid – asparagin. Ke změně dojde v karboxylové skupině, která nesousedí s α-aminoskupinou! Amidy kyselin jsou neutrální sloučeniny, jak vidět z příkladu: HOOC(NH2)CH–(CH2)2–COOH kyselina asparagová a její amid - asparagin HOOC(NH2)CH–(CH2)2–CONH2. Heterocyklické sloučeniny Jsou cyklické sloučeniny, které obsahují místo jednoho (případně více) uhlíku jiný atom (dusík, kyslík, síra). Řada těchto sloučenin má význam v biochemii. Pětičlenné heterocyklické sloučeniny: furan (jeden kyslík) – důležitý při popisu struktury některých cukrů; thiofen (jedna síra) – součást biotinu (vitamin H); pyrrol (jeden dusík) – součást hemoglobinu a žlučových barviv (bilirubin, biliverdin a další) nebo skatolu (obsažen ve střevu a výkalech). Šestičlenné heterocyklické sloučeniny: pyran (jeden kyslík) – důležitý při popisu struktury některých cukrů; pyridin (jeden dusík) – rozpouštědlo, pyrimidin (dva dusíky) – důležitý při popisu struktury některých nukleotidů. Složené heterocyklické sloučeniny:
purin (šestičlenný a pětičlenný heterocyklus, oba mají dva dusíky) – důležitý při popisu struktury některých nukleotidů. Literatura: 1.
Murray, R.K., Granner, D.K., Mayer, P.A., Rodwell, V.W. Harper´s Illustrated Biochemistry. New York : McGraw-Hill Comp., 2003 , 693 s., ISBN 0-017-121766-5.
2.
Peč, P., Pečová, D. Učebnice středoškolské chemie a biochemie. Olomouc : Nakladatelství Olomouc, 2001, 518 s., ISBN 80-7182-034-2.
3.
Kolman, J., Rohm, K.H. Collor Atlas of Biochemistry. New York : Georg Thieme Verlag, 1996, 435 s., ISBN 3 -13- 100371-5.
4.
Vodrážka, Z. Biochemie, Praha : Academia, 1999, 182+134+192 s., ISBN 80-2000438-6.
