Seite 00-1 Inhaltsangabe und Kapitelübersicht Priv.-Doz. Dr. Stefan Immel Universität Leipzig, Wintersemester 2007/2008. Organische Chemie für Chemiker und Biologen - Vom Methan zu Biomolekülen Seite 00-2 Inhaltsangabe und Kapitelübersicht Inhalt Das vorliegende Skript beschreibt den Inhalt mehrerer Vorlesungen, die von mir an der Universität Heidelberg (Sommersemester 2007) und Universität Leipzig (seit dem Wintersemester 2007/8) angeboten wurden. Es beschreibt in den ersten Kapiteln die Grundlagen der Organischen Chemie, immer mit Hinblick auf biochemische Parallelen. Die höheren Kapitel (ab 13) richten sich auch an fortgeschrittene Studenten, behandelt werden ausgesuchte Themen aus dem Gebiet der Naturstoffe und der Bioorganischen Chemie – immer mit dem Schwerpunkt Biochemie im Hintergrund; die Vorlesungen behandeln immer nur ausgesuchte Teilgebiete, das Skript soll aber einen Gesamtüberblick vermittlen.* Kapitelübersicht 01 – Einführung OC - Struktur und Bindung 02 – Alkane und Cycloalkane 03 – Stereochemie 04 – Halogenalkane 05 – Alkene und Alkine 06 – Delokalisierte p-Systeme 07 – Aromaten 08 – Alkohole und Ether 09 – Organische Schwefelverbindungen 10 –Amine 11 – Aldehyde und Ketone 12 – Carbonsäuren und Derivate 13 – Polyfunktionelle Carbonylverbindungen 14 – Aminosäuren, Peptide und Proteine 15 – Kohlenhydrate (und Ergänzungen) 16 – Farbstoffe 17 – Terpene und Terpenoide 18 –Steroide (verfügbar) 19 –Alkaloide (in Arbeit) 20 – Vitamine und Coenzyme (verfügbar) 21 – Antibiotika (geplant) + Erweiterungen Die Kapitel 1-17 sind bereits online verfügbar. Inhalte und Text des sehr ausführlichen Skripts richten sich teilweise nach verschiedenen Standardlehrbüchern der Organischen Chemie und Biochemie – alle Formelschemata wurden aber vollständig überarbeitet und neu konzipiert. Das Skript ist weitgehend selbsterklärend, ersetzt aber keinesfalls den Besuch der entsprechenden Lehrveranstaltungen und andere Lehrbücher. * Anregungen, Kommentare, Kritik und Korrekturen nehme ich immer gerne entgegen: Priv.-Doz. Dr. Stefan Immel, E-Mail: lemmi@chemie.tu-darmstadt.de Seite 00-3 Vorlesungsmaterialien – Lehrbücher und Arbeitsbücher ? Paula Yurkanis Bruice Organische Chemie 5., aktualisierte Auflage - 2007 € 99,95 / 1664 Seiten ISBN: 978-3-8273-7190-4 - Verlag Pearson Studium, München ? K. Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore Organische Chemie 4., vollst. überarb. u. aktualis. Auflage - Juni 2005 € 85,- / 1542 Seiten ISBN-13: 978-3-527-31380-8 - Wiley-VCH, Weinheim ? Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren, Peter Wothers Organic Chemistry Publication date: 20 July 2000 Price: £37.99 / 1536 pages ISBN-13: 978-0-19-850346-0 – Oxford University Press ? Francis A. Carey, Richard J. Sundberg Organische Chemie 1. Auflage - September 1995 € 94,90 Euro / 1635 Seiten 1995. XVIII,, Hardcover ISBN-13: 978-3-527-29217-2 - Wiley-VCH, Weinheim ? Wolfgang Walter, Wittko Franke (Beyer-Walter) Lehrbuch der Organischen Chemie 24. Auflage - 2004 1186 Seiten ISBN: 3-7776-1221-9 - S. Hirzel Verlag ? Andrew Streitwieser, Clayton H. Heathcock, Edward M. Kosower, Organische Chemie 2., überarb. u. erg. Auflage - August 1994 € 92,90 / 1374 Seiten ISBN-13: 978-3-527-29005-5 - Wiley-VCH, Weinheim Ohne Anspruch auf Vollständigkeit, Preisangaben ohne Gewähr; Web-Links zu den Büchern: http://sugar.oc.chemie.tu-darmstadt.de/ak/immel/misc/ Seite 00-4 Vorlesungsmaterialien – Lehrbücher und Arbeitsbücher ? Michael B. Smith, Jerry March Advanced Organic Chemistry - Reactions, Mechanisms, and Structure 6. Auflage - Februar 2007 € 82,90 Euro / 2358 Seiten ISBN-13: 978-0-471-72091-1 - John Wiley & Sons ? John McMurry, Tadhg Begley Organische Chemie der biologischen Stoffwechselwege 1. Aufl. - 2006 € 59,50 / 450 Seiten ISBN-13: 978-3-8274-1657-5 - Spektrum Akademischer Verlag ? Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer Biochemie 6. Aufl. - 2007 € 99,- / 1224 Seiten ISBN: 978-3-8274-1800-5 - Spektrum Akademischer Verlag ? Charlotte W. Pratt, Kathleen Cornely Essentials of Biochemistry 1. Auflage - Dezember 2003 (Engl.) € 57,90 / 784 Seiten ISBN-13: 978-0-471-45166-2 - John Wiley & Sons ? Georg Löffler, Petro E. Petrides, Peter C. Heinrich (Hrsg.) Biochemie und Pathobiochemie 8., völlig neu bearb. Aufl. - 2007 € 79,95 / 1263 Seiten ISBN: 978-3-540-32680-9 - Springer-Lehrbuch ? R.Hänsel, O.Sticher Pharmakognosie - Phytopharmazie 8., überarb. u. aktualisierte Aufl., 2007 € 99,95 / 1570 Seiten ISBN: 978-3-540-26508-5 - Springer Lehrbuch Weiterhin wird die Anschaffung eines Molekülbaukastens dringend empfohlen! Ohne Anspruch auf Vollständigkeit, Preisangaben ohne Gewähr; Web-Links zu den Büchern: http://sugar.oc.chemie.tu-darmstadt.de/ak/immel/misc/ Seite 00-5 Vorlesungsmaterialien Skripte und Übungen zu entsprechenden Vorlesungen: ? http://sugar.oc.chemie.tu-darmstadt.de/ak/immel/ Regelmäßige Aktualisierungen je nach Bedarf PDF-Dateien zu laufenden Vorlesungen Username + Passwort werden in der Vorlesung bekannt gegeben! Zusätzliche Tutorials (Englisch): ? http://sugar.oc.chemie.tu-darmstadt.de/ak/immel/tutorials/ Organic Structures of Hydrocarbons Chirality of Molecules Symmetry (Pointgroups) Orbitals (Atomic and Molecular) Reactions and Rearrangements (Movies) Home Page: http://sugar.oc.chemie.tu-darmstadt.de/ak/immel/ + Links unter „Miscellaneous“ Seite 00-6 Schwerpunkte und Highlights aus dem Skript* Völlig neue Formelschemata HN 5 keine a,ß- Eliminierung O O N ß 10 N R H H HN a F H Y O N S Y Neue Graphiken Strukturmodelle Stoffklassen Carboxylgruppe sp 2-O je 1 e - -Paar: p-Orbital sp 2-Orbital Furan aromatisch Carbonsäuren (R-COOH oder R-CO 2H) R = -Alkyl, -Aryl Orbitalmodelle aliphatische Carbonsäuren (allgemein: C-Reste) aromatische Carbonsäuren X = -OR, -SR, -NR2, -Hal, etc. (allgemein: Heteroatom-Reste) nicht: planares Molekülgerüst cyclisch konjugiert, nur sp 2 (incl. O) 6p-Elektronen (Hückel n = 1) Die Elektronenpaare sind nicht equivalent! R R H 1 e - -Paar: p-Orbital sp 2-N Struktur und Reaktivität Pyrrol planares Molekülgerüst cyclisch konjugiert, nur sp2 (incl. N) 6p-Elektronen (Hückel n = 1) aromatisch sp 2-N Carbonsäure- Kohlensäure- Derivate (R-COX) Derivate (XCOX) * Hier sind nur stark verkleinerte Darstellungen aus dem Skript abgebildet. Imidazol aromatisch planares Molekülgerüst cyclisch konjugiert, nur sp 2 (incl. 2 N) 6p-Elektronen (Hückel n = 1) 1,2- Subst. "ortho" sp 2-N R R R R 1,3- Subst. R H = H H H "meta" - H 1 3 El El El El R R R R 1,4- Subst. R = "para" 1 - H 4 El H El H El H El H El Elektronenliefernde Reste R ? Stabilisierung der eingerahmten Formen ? R dirigiert Zweit-Substitution in die ortho- und para-Position Elektronenziehende Reste R ? Destabilisierung der eingerahmten Formen ? R dirigiert Zweit-Substitution in die meta-Position Stereochemie R O H R H O - H Protonierung der R H O R H O R H O Carbonylgruppe Carbonsäure (? Aktivierung von C=O) Mesomerie-stabilisiertes Kation + Alkohol Weinsäure [ H ] 2 Chiralitätszentren 22 = 4 Stereoisomere (vier verschiedene Enantiomere Diastereomere achirale "meso"-Form Konfigurations-Isomere) OH OH HOOC (S) (S) COOH HOOC (S) (R) COOH HO HO - Wasser HOOC (R) (R) COOH (2S,3S) R' R' R' R' O + H R O R O R O tetraedrisches Intermediat Protonierung zur Aktivierung der Fluchtgruppe (? Wasser) - H2O + H2O Ester Mesomerie-stabilisiertes Kation - Wasser CoA S (Fettsäuren ? ) Acyl-S-CoA Verkürzung der Fettsäurekette jeweils um eine C 2-Einheit wiederholte ß-Oxidation und Retro-Claisen-Reaktion Spirale des Fettsäure- Abbaus ungeradzahlige Fettsäuren (letzter Schritt) (2R,3R) Detaillierte Reaktionsmechanismen CoA S Acetyl-S-CoA (C 2) geradzahlige Fettsäuren (alle Schritte) Propionyl-S-CoA (C 3) HOOC (R) (S) COOH (2R,3S) (2S,3R) Biochemische Reaktionswege und Mechanismen R O O R' H H + H - H R O O R' H - H + H identische Moleküle (Drehung um 180°) R O O R' H H Citrat-Cyclus CoA S Succinyl-S-CoA (C 4) Vitamin B12 abhängige Mutase-Reaktion Vitamin B7 abhängige O Carboxylierung H3C OOC CoA S Me-Malonyl-S-CoA (C4)