Organska Kemija

ORGANSKA KEMIJAORGANSKA KEMIJAProf.dr.sc. Marija Bujan

Doc.dr.sc. Marko Vinceković

alkani

ugljikovodici

alifatski ili aciklički ciklički i aromatski

alkeni alkini

Klasifikacija

ugljikovodika

Ugljikovodici –organski spojevi koji u strukturi sadrže samo ugljik i

vodik- atomi ugljika su povezani jednostrukim vezama

ALKANI CnH2n+2 opća formula alkana

- glavni izvori alkana su nafta i prirodni plin

Metan (CH4) Etan (CH3-CH3) Propan (CH3- CH2 – CH3)

- nastavak: an

Butan CH3- CH2 – CH2 – CH3

Pentan CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

Sustavna imena:

CH4 metan n-C11H24 undekanCH3CH3 etan n-C12H26 dodekan

CH3CH2CH3 propan n-C13H28 tridekanCH3(CH2)2CH3 butan n-C14H30 tetradekanCH3(CH2)3CH3 pentan ¦CH3(CH2)4CH3 heksan n-C20H42 ikosan

n-C7H16 heptan n-C30H62 triakontann-C8H18 oktan n-C40H82 tetrakontann-C9H20 nonan ¦n-C10H22 dekan itd.

Postoje 3 izomera pentana i 6 izomera heksana

Pentan CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

Izopentan

(2 – metil – butan)

Neopentan

(2,2 – dimetil – propan)

Strukturni izomeri – spojevi iste molekulske formule, ali različitog međusobnog povezivanja atoma u molekuli, dakle, različite strukture

Izopentan

Neopenatan

NomenklaturaNomenklatura

- Alkani: naziv se tvori dodavanjem nastavka an an korijenu koji označuje broj ugljikovih atoma u spoju

Naziv spoja se formira na sljedeći način:

a) odredi se najdulji lanac ugljikovih atoma u molekuli

b) slijedi nabrajanje alkilnih skupina koje su vezane na odabrani najduži lanac

Nazivi alkilnih skupina

Broj C atoma Naziv alkilne skupine Strukturna formula

1 metil CH3-2 etil CH3- CH2 – 3 propil CH3- CH2 – CH2 – 4 butil CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – 5 pentil CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 –

- naziv alkilne skupine dobiva se dodatkom nastavka ilil korijenu naziva koji označuje broj ugljikovih atoma u alkilnoj skupini

Supstituirajuće skupine (ALKILI)

propan propil izopropil

butan butil- sec-butil-

izobutan izobutil -

tert-butil-

- broj istovrsnih alkilnih skupina u spoju označava se prefiksom:

di- za dvije skupine tri- za tri skupine tetra- za četiri skupine penta- za pet skupina

c) - da bi se odredio položaj alkilnih skupina na osnovnom lancu odrede se redni brojevi pojedinih C-atoma, tako da alkilne skupine imaju položaj na C-atomu što nižeg rednog broja

- položaj alkilne skupine na glavnom lancu označava se u nazivu alkana rednim brojem

Primjer:

2,3,5 - trimetilheksan

2,3,5 - trimetilheksan

2,3,5 – trimetil – 4 - propilheptan

Svojstva alkana

- alkani su nepolarni spojevi dobro topljivi u nepolarnim otapalima, a netopljivi u vodi

- alkani imaju najniža vrelišta, odnosno tališta od svih organskih spojeva slične relativne molekulske mase – nema međusobnih dipol – dipol privlačenja, a ne mogu se povezivati ni vodikovom vezom, slabe Van der Waalsove sile

- kemijski su vrlo slabo aktivni zbog čega se još zovu i PARAFINI.- podliježu reakcijama oksidacije i supstitucije

OKSIDACIJA (gorenje)

CnH2n+2 + ((3n+1)/2)O2 nCO2 + (n+1)H2O + E

CH3 – CH2 – CH3 + 5O2 3CO2 + 4H2O ΔrH = - 2230kJmol-1

HALOGENIRANJE

- izlaganjem smjese alkana i klora UV – zračenju dolazi do reakcije halogeniranja

CH4 + Cl2

CH3Cl KLORMETAN

CH2Cl2 DIKLORMETAN

CHCl3 TRIKLORMETAN (KLOROFORM)

CCl4 TETRAKLORMETAN

NAFTA – prirodni izvor ugljikovodika- organskog podrijetla, sadrži i razgradne produkte klorofila i hema

Zemni plin – odličan izvor ALKANA

Ugljikovodici % sastav

Metan 82

Etan 10

Propan 4

Butan 2

Viši ugljikovodici 2

ALKENI CnH2n

- nezasićeni ugljikovodici, OLEFINI, u svojoj strukturi imaju jednu ili više dvostrukih veza između ugljikovih atoma

- prirodni spojevi koji sadrže dvostruku vezu:

Izoprenoidi

Lipidi

Nezasićene masne kiseline

eten CH2= CH2

propen CH2=CH-CH3

buten CH2=CH-CH2-CH3

penten CH2=CH- CH2-CH2-CH3

NOMENKLATURANOMENKLATURA- sistematski nazivi alkena dobivaju se tako da se na korijen dodanastavak enen, a rednim brojem označi položaj dvostruke veze

Eten CH2= CH2

Propen CH2=CH-CH3

1 – buten CH2=CH-CH2-CH3

2 – buten CH3 – CH=CH – CH3

1 – penten CH2=CH- CH2-CH2-CH3

- lanac ugljikovodika numerira se tako da C – atom vezan dvostrukom vezom ima što manji redni broj

1

2

3

CH3CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH3

3 - hepten

2-metil-1-propen

Nezasićene skupine:

CH2=CH- CH2=CH-CH2-

Etenil (vinil) 2 – propenil (alil)

Fizička svojstva alkena

- kao i kod alkana, prva četiri člana ove skupine spojeva, na sobnoj temperaturi su plinovi

- vrelišta alkena su slična vrelištima alkana slične relativne molekulske mase

Stereokemija alkena

- geometrijska izomerija: CIS – TRANS izomeri

CH3-CH=CH-CH3

cis-2-buten trans-2-buten

- ovi stereoizomeri zovu se cis-trans-izomeri

- kod alkena kod kojih je dvostruka veza na kraju lanca, nema mogućnosti postojanja cis- i trans- izomera!

u cis izomeru dolazi dosteričkih smetnji

trans izomer nema steričke smetnje

ETEN (ETILEN)

- nastaje reakcijom eliminacije vode iz etanola

Alkeni su spojevi koji podliježu reakcijama adicije, lako stupaju u reakcije s različitim reagensima, npr :

- halogenovodicima (HX), halogenim elementima (X2), ozonom (O3), mineralnim kiselinama (H2SO4, HNO3) te raznim oksidacijskim (KMnO4) i redukcijskim (H2) sredstvima

Etanol

(primarni alkohol)

konc.

Reakcije adicije

Opći prikaz

Adicija halogenovodika (HX) na alkene

Markovnikovo pravilo – pri adiciji molekule halogenovodika na dvostruku vezu, atom vodika će se vezati na onaj atom ugljika koji ima više vodikovih atoma

2-brom-propanpropen

Reakcije oksidacije

Vodena otopina KMnO4 oksidira alkene u GLIKOLE

Etilen

+ MnO2

Glikol

adicija

Polimerizacija

Eten (etilen)

Polietilen

Monomerne jedinice

n

Polivinilklorid

PVC

polimerizacija

polimerizacija

vinilklorid

DIENI I POLIENI

- Ako u strukturi ugljikovodika dolaze dvije dvostruke veze - DIENI

1,3 - butadien

Polieni – konjugirana dvostruka veza, izolirana dvostruka veza

Konjugirani dien

CH3

Izopren

ALKINI (CnH2n-2)

- nezasićeni ugljikovodici (alkini) imaju u strukturi trostruku vezu

Etin (acetilen) H-C C-H

Propin CH3-C C-H

1-butin CH3-CH2-C C-H

2-butin CH3-C C-CH3

2-pentin CH3-C C-CH2-CH3

Acetilen

Ca2+ (C C)2- + 2H2O H-C C-H + Ca(OH)2

kalcijev karbid acetilen

- acetilen je vrlo nestabilan spoj - eksplodira pri udarcu uz raspadanje:

C2H2 2C + H2 + 234 kJ

- acetilen je slabo topljiv u vodi, a dobro u acetonu- gori svijetlim (vrućim) plamenom- izgaranjem acetilena u struji kisika postiže se temperatura do 2700˚C (koristi za autogeno zavarivanje)

Reakcije adicije:

a) adicija vodika (H2)

H-C C-H + 2H2 CH3-CH3

Pd

Etin Etan

b) adicija bromovodika (HBr)

heksin 2-bromheksen 2,2-dibromheksan

c) adicija vode (H2O)–keto-enolna izomerija (tautomerija)

H-C C-H + HOH H-C=C-H CH3-C=O

H OH

H+/Hg2+

vinil-alkoholH

etanal (acetaldehid)

POLIMERIZACIJA

a) H H + H H CH2=CH-C C-H

Cu2Cl2

vinil-acetilen

b) H-C C-H H-C C-H

H-C C-H

benzen

ili

ALKOHOLI

R-OH

Primarni alkohol R-CH2OH

Sekundarni alkohol R-C-OH

Tercijarni alkohol R-C-OH

H

R

R

R

CH3-OH Metanol

CH3-CH2-OH Etanol

CH3-CH2-CH2-OH Propanol

CH3-CH2-CH2-OH Butanol

Primarni alkoholi

OH CH3CHCH3 2-propanol (izopropil - alkohol)

CH3-CH-CH2-CH3 2-butanol

OH

H3C-C-OH 2-metil-2-propanol

(tert-butil-alkohol)

CH3

CH3

Sekundarni alkohol

Tercijarni alkohol

FIZIČKA SVOJSTVA ALKOHOLAFIZIČKA SVOJSTVA ALKOHOLA

- vrelišta alkohola su mnogo viša od vrelišta alkana, alkil-halogenida ili alkena slične relativne molekulske mase

- relativno visoka vrelišta alkohola su posljedica nastajanja vodikovih veza među molekulama alkohola u tekućem stanju

Nomenklatura alkohola

- naziv alkohola se tvori dodatkom nastavka –ol–ol nazivu osnovnog alkana, a položaj hidroksilne skupine označi se rednim brojem

CH3-OH Metanol CH3-CH2-CH2-OH Propanol

CH3-CH-CH3

OH

2-propanol

1 2 3

CH3-CH-CH2-OH 2-metil-1-propanol

- alkoholi manjih molekulskih masa su topljiviji u vodi, povećanjem molekulske mase topljivost u vodi se smanjuje

CH3

vodikove veze između dvije

molekule metanola

Dobivanje alkoholaDobivanje alkohola

a) REDUKCIJA ALDEHIDA

CH3-COH CH3-CH2OHH+

Etanal Etanol

b) HIDROLIZA ESTERA

CH3-C-O-CH2-CH3 + H3O+ CH3-COOH + CH3-CH2-OH

O

Etil-acetat Octena kiselina Etanol

Aldehid Primarni alkohol

Ester Primarni

alkohol

KEMIJSKA SVOJSTVAKEMIJSKA SVOJSTVA

A) Eliminacija molekule vode

CH3-CH2-OHKonc.H2SO4

175 °C

CH2=CH2 +H2O

Etanol Eten

B) Oksidacija

- primarni alkoholi aldehidi [O]

CH3-CH2-OH CH3COH CH3COOH

Etanol

[O]

Etanal

[O]

Etanska kiselina, Octena kiselina

Primarni alkohol

Aldehid Karboksilna kiselina

b) Sekundarni alkoholi ketoni [O]

CH3-CH-CH3 CH3-C-CH3

OH

CrO3

H2SO4

O

2-propanol Propanon (aceton)

Oksidacija sekundarnih hidroksilnih skupina u biološkim sustavima:

CH3-CH-COOH CH3-C-COOH

OH

[O]

+ [2H]O

Mliječna kiselina Pirogrožđana kiselina

Sekundarni alkohol Keton

Važni alkoholi

METANOL CH3-OH – vrlo otrovan

Sljepoća i smrt

Oksidacija metanola u jetri:

CH3-OH H-COH H-COOH HO-COOH[O] [O]

Metanol Metanal Metanska kiselina

Karbonatna kiselina

CO2 + H2O

Etanol CH3-CH2-OH

- nastaje fermentacijom šećera (voća i žitarica), odnosnoalkoholnim vrenjem

C6H12O6

glukoza

zimaza 2CH3-CH2-OH +2CO2

Etanol

10-15 % otopina

-industrijski se proizvodi iz škroba, uz odgovarajuće enzime

(diastaza slada, zimaza)

- naknadnom destilacijom moguće je dobiti 96 % - tni alkohol

Alkoholna pića

VINO 10-15% etanola

ŽESTOKA PIĆA 35-50% etanola

PIVO 4-8% etanola

70%-tni etanol – dezinfekcijsko sredstvo

ALDEHIDI I KETONI

R R R’

- sadrže u svojoj strukturi karakterističnu karbonilnu skupinu

Aldehidi

Metanal Etanal Propanal Butanal

Ketoni

Butanon 2-pentanon

Primarni alkoholi Aldehidi Karboksilne kiseline

CH3-CH2-OH CH 3- CH3-

Etanol Etanal Etanska kiselina-octena kiselina

Sekundarni alkohol Ketoni

CH3- CH3 CH3 CH3

2-propanol propanon

CH3- CH2-CH3 CH3 CH2-CH3

2-butanol butanon

Važni aldehidi i ketoni

FORMALDEHID – (Metanal)

- plin iritirajućeg mirisa, topljiv u vodi

- 40%-tna otopina formaldehida- FORMALIN – antibaktericidno djelovanje

ACETALDEHID (Etanal)

- plin iritirajućeg mirisa

- topljiv u vodi

ACETON (Propanon)

- bezbojna lako hlapljiva tekućina intenzivnog mirisa, topljiva u vodi- odlično otapalo za boje, gume, lakove…

Fizička svojstva aldehida i ketona

- karbonilna skupina aldehida i ketona je polariziranaδ-

δ+

- polarnost karbonilne skupine uzrokuje elektrostatske privlačne veze između molekula i stoga viša vrelišta i tališta aldehida i ketona u usporedbi s alkanima slične molekulske mase

- stvaranje vodikovih veza između molekula vode i kisikova atoma karbonilne skupine, čini aldehide i ketone (manjih molekula) dobro topljivima u vodi

KARBOKSILNE KISELINEKARBOKSILNE KISELINE

- CO2H karboksilna skupina

Metanska kiselina (mravlja) – soli: formiati

Etanska (octena) – soli: acetati

Propanska (propionska) – soli: propionati

Butanska (maslačna) – soli: butirati

H

RCOOH

O CH3 — C—OH ili CH3—COOH

H-COOH

CH3-COOH

CH3-CH2-COOH

CH3-(CH2)2-COOH

Nomenklatura karboksilnih kiselinaNomenklatura karboksilnih kiselina

- prema nazivu najduljeg lanca, ugljikov atom karboksilne skupine ima redni broj 1- sistematski naziv po pravilima IUPAC-a karboksilna kiselina dobiva

prema imenu najduljeg lanca s nastavkom – ska kiselina

HCOOH Metanska kiselina (mravlja kiselina) CH3COOH Etanska kiselina (octena kiselina) CH3CH2COOH Propanska kiselina (propionska kiselina)CH3CH2CH2COOH Butanska kiselina (maslačna kiselina)

CH3

|CH3 — CH—CH2 —COOH 3 – metil -butanska kiselina

Karboksilna kiselina Struktura pKa

Octena CH3COOH 4.7

Propionska CH3CH2COOH 4.9

Fluoroctena CH2FCOOH 2.6

Kloroctena CH2ClCOOH 2.9

Dikloroctena CHCl2COOH 1.3

Trikloroctena CCl3COOH 0.9

Nitrooctena O2NCH2COOH 1.7

KiselostKiselost pripadaju najkiselijim jednostavnim organskim spojevima (pKa ~ 5)

uspoređujući ih s mineralnim kiselinama (HCl i H2SO4) su slabe kiseline

što je niži pKa kiselina je jača

Fizikalne karakteristike karboksilnih kiselina

- na fizikalna svojstva karboksilnih kiselina znatno utječe polarnost O – H veze i mogućnost nastajanja vodikovih veza

H

HH

- relativno visoka vrelišta i tališta karboksilnih kiselina, u usporedbi s ostalim organskim spojevima, mogu se pripisati nastajanju vodikovih veza

- vodikova veza doprinosi dobroj topljivosti karboksilnih kiselina u vodi, to se odnosi na sve kiseline s manjim brojem ugljikovih atoma

- što je ugljikovodični dio molekule veći, topljivost se smanjuje

Nastajanje karboksilnih kiselina

Oksidacijom alkena

Oksidacijom primarnih alkohola i aldehida

zagrijavanje

zagrijavanje

Oksidacijom alkilbeznena

Oksidacijom benzenskog prstena

Oksidacijom metil-ketona

Više masne kiseline - dugački ugljikovodični lanciHEKSADEKANSKA

palmitinska kiselina

Soli: palmitati

OKTADEKANSKA stearinska

kiselina

Soli: stearati

u mastima i uljima

Važne monokarboksilne kiseline:

- mravlja kiselina (ubod mrava ili pčele)

- octena kiselina – osnovna komponenta octa (4 – 8 % tna otopina)

- maslačna kiselina oslobađa se kod hidrolitičkog kvarenja maslaca

CH3(CH2)14COOH

CH3(CH2)16COOH

Derivati karboksilnih kiselinaDerivati karboksilnih kiselina

Acil-halogenidi X = Cl,Br,I

X

CH3 – COCl Acetil - klorid

Anhidrid karboksilne kiseline

H3C CH3

Acetanhidrid

Amidi karboksilnih kiselina

Struktura

H – CONH2 Metanamid (formamid)

CH3 – CONH2 Etanamid (acetamid)

Esteri: karboksilna kiselina + alkohol

CH3 – COOH + CH3OH CH3 – C – O – CH3 + H2O

O

metil - etanoat

metil - acetat

octena metanol

HidroksikiselineHidroksikiseline

R – CH – C O

OH OH

CH2 –COOH glikolna kiselina (šećerna repa i nezrelo grožđe)

soli: glikolatiOH

CH3 – CH – COOH mliječna kiselina soli: laktati

OH

- dobila je ime po kiselom mlijeku

- nastaje kao produkt fermentacije mliječnog šećera uz Lactobacillus

- nastaje u mišićima kao produkt razgradnje mišićnog glikogena kod pretjerane fizičke aktivnosti (bol u mišićima)

EsteriEsteri

- organski spojevi nastali reakcijom esterifikacije - reakcija između alkohola i kiselina uz izlučivanje vode

- esteri nastali reakcijom alkohola s karboksilnim kiselinama imaju opću formulu RCOOR' (imenuju se kao soli kiseline iako to nisu)- ulja i masti su esteri koji sadrže tri esterske skupine

O CH3 — C— O —CH3

metil - etanoat

- miris i aroma cvijeća, voća, povrća potječe od specifičnog estera

Nomenklatura estera

kiselina alkohol O metilCH3 — C—O —CH3

Etanoat metil-etanoat (IUPAC)acetat metil-acetat (uobičajeno)

- naziv alkila - iz alkohola

- naziv kiseline, tj. soli

HCOOCH2CH3 etil-metanoat

etil-formiat

CH3CH2CH2 COOCH2CH3

etil-butanoat etil-butirat

Esterifikacija- reakcija karboksilne kiseline i alkohola

O H+ CH3 — C—OH + HO—CH2CH3 CH3 — C—O—CH2CH3 + H2O

O

- esteri se ne povezuju međusobno vodikovim vezama i radi toga imaju nižu temperaturu vrelišta nego karboksilne kiseline

Octena kiselina

Etanol Etil-acetat

Hidroliza estera- reakcija estera s vodom pri čemu nastaje kiselina i

alkohol

O H+ H — C—O—CH2CH3 + H2O H — C—OH + HO—CH2CH3

O

Etil-formiatMravlja kiselina Etanol

Saponifikacija-hidrolizom estera u jako lužnatom mediju (KOH, NaOH) nastaju

soli karboksilne kiseline (sapuni) i alkohol

O

CH3C—O—CH2CH3 + NaOH CH3C—O– Na+ + HOCH2CH3

sol karboksilne kiseline natrijev acetat

Etil-acetat Etanol

O

AMINOKISELINE

- u svojoj strukturi imaju KARBOKSILNU- i AMINO - skupinu

R – CH - C

O

OH:NH2

α - aminokiselina

- ovi su spojevi bitni za sve oblike života, ali ne kao slobodne molekule, već kao polimeri koji se nazivaju PROTEINI (bjelančevine)

- proteini reguliraju metabolizam, sudjeluju u transportu kisika, imaju važnu ulogu u funkcioniranju živčanog sustava i kontrakciji mišića, glavni su potporni materijal organizma, sudjeluju u prijenosu genetičkih informacija itd.

CCHO

ON H

H

H

CH2

CH2

CO NH2

carboxylgroup

aminogroup

Sidechain (R)bočni lanac (R)

karboksilnaskupina

aminoskupina

- hidrolitičkom razgradnjom proteina nastaje smjesa AMINOKISELINA iz koje je izolirano 20 različitih aminokiselina (α – aminokiseline, L -konfiguracije kiralnog C – atoma)

H IH2N—C —COOH I H

Glicin

(aminooctena kiselina)

CH3

IH2N—C —COOH I H

α – Alanin

(α – aminopropionska kiselina)

Stereokemija aminokiselina

- sve prirodne α-aminokiseline, osim glicina, imaju asimetrični α-C-atom što znači da mogu postojati kao enantiomeri

a - C - c

d

b

*

-s obzirom na asimetrični α-C-atom prirodne aminokiseline imaju

L-konfiguraciju

CH3

H

NH2

CH3

H

L-alanin D-alanin

- stereoizomer L-aminokiselina može se usporediti sa stereoizomerom L-gliceraldehida

L-aminokiselina L- gliceraldehid

- aminokiseline se u vodenim otopinama ponašaju kao SLABE KISELINE i SLABE BAZE, zbog – COO- karboksilne skupine (kisela) i aminoskupine –NH2 (bazična, prema Lewisu, baze su sve one tvari koje imaju slobodni elektronski par))

- aminokiseline imaju mnoga svojstva koja nisu karakteristična za većinu organskih spojeva, npr. topljive su u vodi, a netopljive u organskim otapalima (eteru, alkoholu, benzenu)

- talište im je vrlo visoko, oko 300 ˚C

··

Svojstva aminokiselina

- fizička svojstva aminokiselina su sličnija fizičkim svojstvima ionskih spojeva (soli) nego kovalentnim molekulama

- to se može objasniti ako se struktura aminokiseline prikaže kao dipolarni ion, koji može nastati tako da bazična α-amino-skupina preuzme proton kisele karboksilne skupine iste molekule

- tako nastaje dipolarni ion:

dipolarni ion

“zwitter” ion

- dipolarni ion miruje u električnom polju istosmjerne struje

(izoelektrični pH)

Amfoternost aminokiselina

- amokiseline su spojevi koji mogu reagirati i kao kiseline i kao baze (svojstvo amfoternosti)

+ HCl

+ Cl-

+ NaOH

+ Na+ + H2O

- aminokiselina u kiseloj otopini uzima proton kiselini dok u bazičnoj otopini daje proton bazi

- u kiseloj otopini dipolarni ion prelazi u pozitivno nabijeni ion, kation, dok u bazičnoj otopini prelazi u negativni - anion

u bazičnoj otopiniu kiseloj otopini dipolarni ion

Polipeptidi i proteini

- kondenzacijom 2 aminokiseline (DIPEPTIDI), 3 aminokiseline (TRIPEPTIDI), polipeptidi…

Peptidna veza

Oleinska i elaidinska kiselina

- prirodne nezasićene više masne kiseline

CH3(CH2)7 - CH CH – (CH2)7 - COOH

Oleinska kiselina

(cis)

H

(CH2)7COOH

Elaidinska kiselina

(trans)

- oleinska kiselina zajedno s palmitinskom i stearinskom kiselinom dolazi u strukturi masti i ulja (u uljima je zastupljenija oleinska, a u krutim mastima zastupljenija je stearinska)

Polihidroksi spojevi –sadrže više hidroksidnih skupina,

najviše onoliko koliko imaju C-atoma

H

H

H

H

Etilenglikol

(1,2 – etandiol)

Oksidacija glikola

H

H

H

H

H

HO-CH2 - C

H

O

Glikolaldehid

HO-CH2 - C

O

OH

Glikolna kiselina

C - C

O

H

O

H Glioksal

C – C

OO

H OHGlioksalna kiselina

COOH-COOHOksalna kiselina

H

glicerol + 3 više masne kiselineMast ili ulje

“Triacilglicerol”

Masti i ulja su esteri glicerola i viših masnih kiselina.

Oksidacija glicerolaOksidacija glicerola

COH COOH

Glicerol

[O] [O]

Gliceraldehid Glicerinska kiselina

CH2-OH

C=O

CH2OH

Dihidroksiaceton (nastaje oksidacijom sekundarne OH-skupine)

Ketokiseline

CH3 – C - COOH

O

Pirogrožđana kiselina

CH2=C-COOH

OH

Keto-oblik

Pirogrožđana kiselina soli: PIRUVATI

Enolni-oblik

- ova vrsta izomerije dvostruke veze zove se keto-enolna tautomerija

- pirogrožđana kiselina u prirodi se javlja kao međuprodukt razgradnje UGLJIKOHIDRATA i PROTEINA

CH3 – C – CH2 - COOH

Acetooctena kiselina

O

Polikarboksilne kiseline

Dikarboksilne

Oksalna kiselina Soli - oksalati

Malonska kiselina Soli - malonati

Jantarna kiselina Soli - sukcinati

Glutarna kiselina Soli - glutarati

HOOC-COOH

HOOC-CH2-COOH

HOOC-(CH2)2-COOH

HOOC-(CH2)3-COOH

+ 2H2O -OOC – COO- + 2H3O+

Oksalna kiselina jedna je od najjačih organskih kiselina. Nalazi se u lišću povrća, rabarbare, rajčice ...

Oksidacijom oksalne kiseline nastaje mravlja kiselina i CO2

H - CO

OH

+ CO2

[O]

COOH– HOOC

HOOC-COOH

Nezasićena etilendikarboksilna kiselina

C=C

COOHHOOC

H

H

Maleinska kiselina - soli:maleinati

cis-izomer

HOOC

H

HC=C

COOH

Fumarna kiselina – soli:fumarati

trans-izomer

HIDROKSIDIKARBOKSILNA KISELINA

Jabučna (hidroksijantarna kiselina)

COOH

H-C-OH

CH2

COOH

COOH

CH2

COOH

HO-C-H* *

D(+)- jabučna kiselina L(-) – jabučna kiselina

Soli - malati

u prirodi

COOH

Vinska (dihidroksidikarboksilna)

COOH

HO-C-H

H-C-OH

COOH

COOH

H-C-OH

HO-C-H

COOH

D(-) - vinska kiselina L(+) – vinska kiselina

COOH

H-C-OH

H-C-OH

COOH

mezo-vinska kiselina

- racemična smjesa (ekvimolarna smjesa D- i L- enantiomera)

- u prirodi dolazi L(+) – vinska kiselina,

- soli: tartarati

Vinski kamen

birsakalijeva kisela sol vinske kiseline

COOH

(CHOH)2

COO-K+

Hidroksitrikarboksilna kiselina

Limunska

COOH

HO-C-COOH

COOH

CH2

CH2

- citrus plodovi: 6 – 7% sok limuna

- soli: citrati

AMINI(alifatski spojevi s dušikom)

H-N-H

H

..

AMONIJAK

- možemo ih smatrati alkilnim derivatima amonijaka

- imaju jednu, dvije ili tri alkilne skupine vezane na dušikov atom

- umjesto alkilnih skupina, amini mogu imati i skupine aromatskog karaktera (arilne skupine), u tom slučaju to su aromatski amini

- amini kod kojih je dušikov atom sastavni dio prstena pripadaju u skupinu heterocikličkih spojeva

Struktura amina

-s obzirom na broj alkilnih ili arilnih skupina vezanih na dušikov atom,

dijele se na:

R – N - H

H

..

Primarni amin R – NH2

..

R – N - H..

RSekundarni amin

Tercijarni amin

kvarterni amonijev- ion

Nomenklatura

- naziv amina određuje se tako da se sufiks – amin doda iza:

a) naziva osnovnog ugljikovodika molekule

b) naziva odgovarajuće skupine (alkil ili aril)

Metanamin

(Metilamin)

N – metiletanamin

(Etilmetilamin)

N – etiletanamin

Dietilamin

Fizička svojstva amina

- amini nižih molekulskih masa su tekućine neugodnog mirisa (sličnog amonijaku, miris ribe i sl.)

- dobro su topljivi u vodi jer mogu, slično alkoholima, tvoriti vodikove veze s molekulama vode

R – N:

H

H

O: :

H H

Kemijska svojstva

- amini su Lewis – ove baze zbog slobodnog elektronskog para atoma dušika

Metilamin

..

+ H+Cl- CH3 – NH3+Cl-

Metilamonij klorid

Kvarterna amonijeva bazaKOLIN

CH2 –CH2 – N(CH3)3OH- - dolazi u strukturi LECITINA+

OH

α-LECITIN

Derivati karbonatne kiseline

O = C

OH

OHH2CO3

FOSGEN (halogen derivat)

O = C

Cl

Cl

Vrlo otrovan plin – (u I svjetskom ratu – bojni otrov)

-nadražuje donje dišne putove, raegira s vodom i raspada se na HCl i CO2 – zato izaziva otežano disanje i kašalj te na kraju izaziva smrt gušenjem

AMIDI karbonatne kiseline

KARBAMINSKA KISELINA

O = C

NH2

NH2

UREA

(MOKRAČEVINA)

Derivat uree

HN = C

NH2

NH2

Gvanidin (Imidourea)

DERIVAT GVANIDINA

HOOC - CH

NH2

Arginin – biološki značajna aminokiselina

HN = C

NH2

N – CH2 - COOH

CH3

Kreatin

- H2OHN = C

NH – C=O

N – CH2

CH3

Kreatinin

UGLJIKOHIDRATI(šećeri, saharidi)

- jednostavni šećeri imaju empirijsku formulu CH2O (naziv ugljikohidrati)

GLUKOZA (CH2O)6 C6H12O6

- u prirodi nastaju procesom fotosinteze:

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

hν

glukoza

- ugljikohidrati su u prirodi vrlo rasprostranjeni organski spojevi važni za život biljaka, životinja i ljudi

- ugljikohidrati služe kao izvor energije za sve oblike života, a osim toga čine i strukturni materijal biljaka i nekih životinja (oklopi rakova i kukaca izgrađeni su od ugljikohidrata- hitina)

Podjela šećera

- ugljikohidrati su polihidroksialdehidi ili polihidroksiketoni, pa se dijele na aldoze i ketoze (prema funkcionalnoj skupini)

- prema broju C-atoma dijele se na trioze, tetroze, pentoze, heksoze - osnovna jedinica koja nastaje hidrolizom složenih ugljikohidrata

naziva se monosaharid

a) Monosaharidi ili jednostavni šećeri (glukoza, fruktoza, galaktoza…)

b) Disaharidi -izgrađeni od dva monosaharida (saharoza, laktoza, maltoza…)

c) Trisaharidi -izgrađeni od tri monosaharida (rafinoza)

d) Oligosaharidi: 4 – 10 monosaharidnih jedinica

e) Polisaharidi: škrob, celuloza, glikogen, hitin

Monosaharidi

D-gliceraldehid

(aldotrioza)

Dihidroksiaceton

(ketotrioza)

U strukturi ima krialni C - atom

Postoje dva enantiomerna oblika gliceraldehida

D (+) - gliceraldehid L (-) - gliceraldehid

i

C

H- C - OH

H - C - OH

CH2OH

O H

D - gliceraldehid D - eritroza

C

H- C - OH

H - C – OH

H- C - OH

CH2OH

O H

D - riboza D - glukoza

Po Van’t Hofu broj izomera se izračunava prema izrazu: 2n

n = broj kiralnih C - atoma

Trioze 21 = 2 izomera (L- i D-)

Tetroze 22 = 4 izomera (2L- i 2D-)

Pentoze 23 = 8 izomera (4L- i 4D-)

Heksoze 24 = 16 izomera (8L- i 8D-)

Glukoza

- najrasprostranjeniji organski spoj na Zemlji

- glukoza je heksoza molekulske formule C6H12O6

- ima četiri asimetrična (kiralna) ugljikova atoma na položaju 2, 3, 4 i 5 (*)

- prema tome, postoji 16 mogućih stereoizomera, od kojih je samo jedan glukoza, a ostali su aldoheksoze, npr. galaktoza, manoza…

*

*

*

*

Fischer-ova projekcija (formula)

- Haworth-ova projekcijska formula je ciklička struktura, zbog jednostavnosti može se prikazati u obliku šesterokuta

- prsten (šesterokut) leži u ravnini, a hidroksilne skupine iznad ili ispod ravnine prstena

α-D-glukoza β-D-glukoza

[α]D=112˚ [α]D=+19˚

- ako se u Haworthovoj projekciji hidroksilna skupina na C-1 atomu nalazi ispod ravnine prstena, označava α-D-glukozu, odnosno, ako je iznad ravnine, označava β-D-glukozu

- ostale hidroksilne skupine smještaju se ispod ili iznad ravnine prstena, ovisno o tome kako su raspoređene u Fischerovoj projekciji (desno- ispod ravnine prstena, lijevo- iznad)

Haworthova

formule

D-Fruktoza(voćni šećer)

- važni monosaharid iz grupe ketoza je fruktoza (C6H12O6), dolazi u voću i medu, a s glukozom u disaharidu -saharozi

- sadrži tri asimetrična ugljikova atoma, što znači da može tvoriti 8 stereoizomera, od kojih je samo jedan fruktoza, dok su ostali izomeri, druge ketoheksoze

OH

CH2OH

CH2OH

β-D-fruktoza

O

OH H

CH2O

OH

CH2OH

O

OH H

α-D-fruktoza

D-Riboza

H

OH

OH

2-deoksi-D-Riboza

OH

C 2OH

α-D-riboza 2-deoksi – β-D-riboza

(RNA) (DNA)

OH H

CH2OH

CH2OH HO

H

H

DISAHARIDI

- disaharidi su sastavljeni od dvije molekule monosaharida međusobno povezane GLIKOZIDNOM VEZOM (α – ili β -)

- općenita formula disaharida je C12H22O11 što predstavlja kombinaciju dviju jedinica heksoze (minus molekula vode)

Saharoza

- disaharid koji je vrlo raširen u prirodi

- dobiva se iz šećerne repe i šećerne trske, upotrebljava se u prehrani

Saharoza

nemogućnost redukcije

Fehlingove otopine

Šećerna repa: 14 – 20%

Šećerna trska: do 27%

- saharoza hidrolizom prelazi u glukozu i fruktozu- saharoza ne pokazuje mutarotaciju, niti daje reakcije karakteristične za

karbonilnu skupinu, jer nema slobodne poluacetalne hidroksilne skupine- hidroliza saharoze u kiseloj otopini enzimatski daje ekvimolarnu smjesu D-

glukoze i D-fruktoze poznatu kao INVERTNI ŠEĆER (MED)

Maltoza (sladni šećer)

- dolazi u proklijalom ječmu

- nastaje nepotpunom hidrolizom škroba djelovanjem enzima amilaze

β-Maltoza

α-1,4 – glikozidna veza

reducira Fehlingovu

otopinu

α-glikozidna veza

- svi šećeri (aldoze) imaju reducirajuće svojstvo - reduciraju Cu2+ iz Fehlingovog reagensa

Laktoza

- disaharid koji dolazi u mlijeku sisavaca (4% - 8%), naziva se

mliječni šećer

- sastoji se od glukoze i galaktoze

- glikozidna veza koja povezuje β(D)- galaktozu i α(D)-glukozu nastaje reakcijom β-poluacetalne skupine galaktoze i C-4 hidroksilne skupine glukoze

- taj tip glikozidne veze naziva se β-(1-4)-glikozidna veza

Laktoza

(reducirajući šećer)

Glikozidna vezaaksijalna – OH skupina na položaju C-4

galaktoze

β-(1,4)-glikozidna veza

Celobioza- disaharid β-D-glukoze- javlja se kao produkt nepotpune razgradnje CELULOZE djelovanjem

enzima CELOBIAZE

β-1,4 – glikozidna veza

β-glikozidna veza

ili

POLISAHARIDIPOLISAHARIDI

- polimeri koji se sastoje od nekoliko tisuća do milijun monomernih jedinica

- najrasprostranjeniji polisaharidi u prirodi:

rezervni polisaharid:- škrob (biljne stanice, sjemenke, gomolji)- glikogen (životinjske stanice – mišići i jetra) (životinjski škrob) strukturni polisaharid- celuloza (čini čvrstu strukturu biljnih stjenki)- hitin (ljušture, oklopi kukaca, rakova)

Celuloza (C6H10O5)n

- linearni polimer β-D-glukoze, sadrži oko 3000 jedinica glukoze u molekuli, Mr ~1000000

- celuloza čini najveći dio strukturnog dijela biljaka

Dio strukture celuloze

β-glikozidna veza

Strukturni model celulozeStrukturni model celuloze

HEMICELULOZA - čini 25% mase drveta- hidrolizom daje osim heksoza i pentoze (heteropolisaharid)

ŠKROB

- glavni izvor energije u stanici biljke

- škrobno zrnce se sastoji od: amiloze i amilopektina

Amiloza – molekule glukoze su povezane α - 1,4 – glikozidnim vezama, w~20%, topljiva u vodi, linearna struktura, do 400 jedinica glukoze, Mr~do 700000

Amilopektin – molekule glukoze su povezane α-1,4 - glikozidnim vezama i α-1,6 – glikozidnim vezama, razgranata struktura, w~80%, netopljiv u vodi, Mr~do 1000000

Škrob(C6H10O5)

Amiloza

Grana

Točka grananja

α-glikozidna veza

- topljivi škrob, polimer D-glukoze

- škrob, (jodidni kompleks, tamnoplave boje)

α-1,6-glikozidna vezatočka grananja

AmilopektinAmilopektinrazgranata, netopljiva frakcija škroba

GLIKOGEN

- rezervni polisaharid životinjskih stanica

- po strukturi je vrlo sličan AMILOPEKTINU, još razgranatije strukture - Mr ~nekoliko milijuna

- enzimski se cijepa do glukoze, glavnog izvora energije u organizmu- pohranjen u jetri i mišićima

ARENIARENIAROMATSKI SPOJEVI AROMATSKI SPOJEVI

- sadrže benzensku jezgru

Benzen je prsten građen od 6 C-atoma povezanih naizmjeničnim jednostrukim i dvostrukim vezama. Dvostruke veze su delokalizirane, zato se često struktura benzena prikazuje ovako:

• U benzenu su svi C-atomi jednako vrijedni• Benzenski prsten je reaktivan, tako postoje

stabilni spojevi koji su nastali supstitucijom radikala na benzen

• Primjeri: toluen, anilin, fenol, benzojeva kiselina…

ASPIRIN – acetil salicilne kiseline, poznati analgetik i antipiretik koji sadrži u svojoj strukturi benzensku jezgru

HETEROCIKLIČKI SPOJEVI

- ciklički spojevi u čijem prstenu se osim C – atoma nalazi najmanje jedan atom (heteroatom) koji nije ugljik:

- to su najčešće: O, S i N

1. Peteročlani heterociklički spojevi

OFuran

S

Tiofen

Pirol

Imidazol

O

OkazolS

Tiazol

Šesteročlani heterociklički spojevi

O S

Piran Tiopiran

Piridin Piridazin Pirimidin

Heterociklički spojevi (kondenzirane jezgre)

Purin

Purin i njegovi derivati

Pirimidin

imidazol + pirimidin

Purinske baze

mokraćna kiselina

Purin Adenin Gvanin

najvažnije pirimidinske baze:

Timin Uracil Citozin

PEPTIDI - PROTEINIPEPTIDI - PROTEINI

• PEPTIDI – po kemijskoj strukturi su AMIDI – hidrolizom daju aminokiseline koje su povezane peptidnom vezom

• - dvije aminokiseline izgrađuju - dipeptid• - tri aminokiseline - tripeptid• - osam aminokiselina – oktapeptidOLIGOPEPTIDI – do 10 aminokiselinaPOLIPEPTIDI – do 100 a.k.PROTEINI – više od 100 a.k.

UPOZNATI NEKI PEPTID ZNAČI POZNAVATI NE SAMO VRSTU I BROJ AMINOKISELINA, NEGO I REDOSLIJED NJIHOVOG POVEZIVANJA – SEKVENCIJU.

Npr. Gly-Ala i Ala-Gly su dva različita dipeptida

3 aminokiseline se mogu povezati na 6 različitih načina, tj. mogu tvoriti 6 različitih tripeptida.

Tripeptidi su najčešće kristalizirane tvari visokog tališta; u obliku su dipolarnog - ″zwitter ″-iona koji su međusobno povezani jakim vodikovim vezama.

PRIRODNI PEPTIDIPRIRODNI PEPTIDI - HORMONI

INZULIN, hormon gušterače, molekula je građena od 51 a.k.

PENICILIN, peptidni antibiotik, proizvode ga plijesni

BILJNI i ŽIVOTINJSKI OTROVI, iz gljiva, zmijski otrovi, otrovi pčela, meduza, vlasulja…

PRITEINI nastaju međusobnim povezivanjem aminokiselina peptidnom vezom u duge lance

(100 - ~1000 a.k. ►Mr ~ 10 000 do ~ 100 000)

Molarna se masa proteina obično izražava u DALTONIMA: 1d = 1 g mol-1

(Mr=100 000 = 100 kd)

Ime PROTEIN dolazi od grčke riječi:

″PROTEUO ″ grčki ″zauzimam prvo mjesto ″

Proteini su sastavni dio svake stanice…

PODJELA PROTEINAPODJELA PROTEINA

1. SKLEROPROTEINI - netopljivi u vodi - fibrilarna (nitasta) struktura - potporni elementi

Predstavnici: kolageni (vezivno tkivo) keratini (kosa, nokti, perje)

2. GLOBULARNI ili SFEROPROTEINI- topljivi u vodi ili razrijeđenim otopinama soli- kuglaste molekule (globule)

Predstavnici: proteini krvne plazme, bjelanca jajeta, veliki broj enzima

3. PROTEIDI –kompleksi izgrađeni od proteinskog dijela i

neke neproteinske (prostetske) skupine

Prema prostetskoj skupini dijele se na:

- glikoproteine

- lipoproteine

- fosfoproteine

- metaloproteine

a) Glikoproteini

- sadrže na peptidnom lancu kraće ili dulje lance ugljikohidrata

- komplicirane su građe

- nalaze se u staničnoj membrani

b) Lipoproteini

Lipidi su netopljivi u vodi, zato se moraju vezati na proteine kako bi se mogli transportirati u vodenom mediju, npr. u krvi.

STRUKTURA PROTEINASTRUKTURA PROTEINA

1. Primarna struktura proteina

- sekvencija (redoslijed) aminokiselina u proteinima, određena je genetski

Ako se različiti proteini uvelike podudaraju u sekvenciji aminokiselina, zovu se HOMOLOGNI PROTEINI.

Primjer homolognog proteina:

INZULIN – kontrolira razinu glukoze u krvi i u stanicama- molekula inzulina se sastoji od dva lanca:

A –lanac – 21 a.k.

B –lanac – 30 a.k.

- lanci su međusobno povezani disulfidnim (S-S) vezama, koje potječu od a.k. cisteina (Cys)

A-lanac inzulina svinje istovjetan je A-lancu ljudskog inzulina

B-lanci se razlikuju za samo jednu aminokiselinu:

-na položaju 30 u B-lancu ljudskog inzulina je a.k. treonin (Thr), a inzulin svinje ima alanin (Ala)

2. Sekundarna struktura proteina

-prostorna građa proteinskog lanca; dugački lanac koji tvore aminokiseline, može u prostoru izgledati kao:- ispruženi lanac- pravilna uzvojnica- nepravilno klupko

a) Struktura uzvojnice- vodikove veze su ostvarene unutar istog lanca, pa je lanac smotan u uzvojnicu - skupine N – H i C = O dođu jedna nasuprot drugoj i povežu se čvrstom vodikovom vezom

b) Struktura naborane ploče

- polipeptidni lanci položeni paralelno ili antiparalelno, međusobno su povezani mnogobrojnim vodikovim vezama, a pobočni aminokiselinski ostaci strše okomito prema dolje ili gore u odnosu na naboranu ploču

2. Tercijarna struktura proteina- prostorni razmještaj svih atoma u molekuli proteina

- rezultati istraživanja pokazuju da je tercijarna struktura proteina uvjetovana još i međusobnim djelovanjem pobočnih lanaca aminokiselina

- pojedini dijelovi peptidnog lanca u tercijarnoj strukturi međusobno se povezuju vodikovim i disulfidnim vezama, te ionskim i van der Waals-ovim silama

2. Kvaterna struktura proteina

- više polipeptidnih lanaca ili podjedinica nekog proteina može se povezati u jednu molekulu – kvaterna struktura

Primjer: MOLEKULA HEMOGLOBINA

- sastoji se od:

2 α –lanca (141 a.k.)

2 β –lanca (141 a.k.)

4 prostetske skupine koje se zovu HEM

- ovo sve zajedno čini molekulu HEMOGLOBINA (kvaterna struktura)

SRETNO U UČENJU KEMIJE!!!