Název šablony: ICT2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Vzdělávací oblast/oblast dle RVP: Člověk a příroda Okruh dle RVP: Chemie Tematická oblast: Chemie Název vzdělávacího materiálu: Heterocyklické sloučeniny, obecné vlastnosti; pětičlenné heterocykly s jedním heteroatomem – hlavní zástupci, jejich chemické vlastnosti, deriváty a jejich biogenní význam Kód vzdělávacího materiálu: ICT2-1-STCH Ročník: 3. ročník čtyřletého nebo 5. ročník šestiletého gymnázia Datum vytvoření vzdělávacího materiálu: Jméno autora: Jakub Stránský

HETEROCYKLICKÉ SLOUČENINY ● látky s cyklickým řetězcem, kde je kromě uhlíkových atomů obsažen jeden nebo více atomů jiných prvků (heteroatomů) - O, S, N ● mnoho heterocyklů je obsaženo v přírodních látkách, podílejí se na struktuře vitamínů, aminokyselin (bílkovin), nukleových kyselin, alkaloidů ● jejich zdrojem je rovněž ropa a černouhelný dehet ●u pětičlenných cyklů se do systému konjugovaných vazeb zapojuje i volný elektronový pár heteroatomu, důsledkem je aromatický charakter a vlastnosti podobné arenům ● u šestičlenných cyklů se elektronový pár heteroatomu do konjugace nezapojuje, což způsobuje jejich zvýšenou zásaditost a polárnost (1) 3D model of the RAS proteins structure heterocykly jsou základem struktury mnohých aminokyselin tvořících bílkoviny a dusíkatých bází nukleových kyselin (2)

Pětičlenné heterocykly s jedním heteroatomem volné elektronové páry na O,S,N jsou zapojeny do konjugovaného systému aromatický charakter benzenu budou převládat elektrofilní reakce v důsledku nejnižší elektronegativity síra nejméně poutá elektronový pár, který tak nejsnáze podporuje aromaticitu elektrofilní substituce probíhá nejsnáze v polohách 2 a 5, kde je díky heteroatomu nejvyšší elektronová hustota, reakcí se stejně jako u arenů přednostně účastní π-elektrony (3) aromatický charakter benzenu

FURAN ● bezbarvá, ve vodě málo rozpustná kapalina, zapáchající jako chloroform ● výroba z pentos polysacharidů otrub a kukuřičné slámy ● nemá velké praktické využití ● furanový cyklus je v celé řadě biologicky významných sloučenin - pětičlenný cyklus furanosové řady sacharidů - kyselina askorbová (vitamin C) vitamin C základní motiv RNA (4)

THIOFEN ● bezbarvá, ve vodě rozpustná kapalina ● výroba z černouhelného dehtu ● vlastnosti podobné benzenu ● součástí struktury biotinu (vit H, B 7 ) PYRROL biotin ● bezbarvá, ve vodě málo rozpustná toxická kapalina ● výroba z černouhelného dehtu nebo reakcí amoniaku s furanem za vyšších teplot a katalýzy Al 2 O 3 ● název pochází od schopnosti zbarvit smrkové dřevo ovlhčené kyselinou chlorovodíkovou ohnivě červeně (řecky pyrros = červený)

VÝZNAMNÉ DERIVÁTY PYRROLU : ● aminokyseliny prolin a hydroxyprolin ● indol -základem řady alkaloidů -krystalická, málo rozpustná látka -příjemná vůně po jasmínu a citrusech (parfémy) -prekurzor léčiv -součástí struktury indiga - modré barvivo z rostlin druhu Indigofera tinctoria (dnes nahrazeno syntetickými sloučeninami) prolin hydroxyprolin indol přírodní indigo (5) (6)

PORFIN ▪ čtyři pyrrolové kruhy spojené methinovými skupinami tvořící cyklický systém konjugovaných dvojných vazeb ▪ porfin je základem struktury chlorofylu a hemu, komplexních sloučenin, přičemž Hem má ve středu vázán kation Fe 2+, chlorofyl Mg 2+ chlorofyl (7) zelené barvivo chlorofyl v chloroplastech rostlinných buněk (7)

Hem Structure of human hemoglobin. The proteins' α and β subunits are in red and blue, and the iron-containing heme groups in green (8). Myoglobin (9) (10)

▪ biochemickým odbouráním hemu z rozpadlých červených krvinek vznikají žlučová barviva bilirubin a urobilin (necyklická forma) ▪ modifikovaný porfin je základem struktury vitaminu B 12 (12) (11) … a něco navíc… při zvýšení hladiny nad 30 μmol/l pozorujeme žluté zabarvení kůže a sliznic, které je způsobeno ukládáním bilirubinu ve tkáních. Za normálních okolností je většina bilirubinu v krevní plasmě navázána na albumin. Když ale jeho koncentrace v krvi přesáhne mg/l, veškerá vazebná místa na albuminu jsou již obsazena a přebytečný bilirubin difunduje do tkání (14) (15)

(12) biosyntéza Hem B

...a pár úkolů na závěr... 1) Co je charakteristické pro molekuly heterocyklických sloučenin? 2) Která ze tří uvedených sloučenin má nesilnější aromatický charakter a proč? 3) Které z významných biogenních látek obsahují v molekule heterocyklus? 4) Jaký je rozdíl mezi Hemem a Hemoglobinem? 5) Proč se u šestičlenných heterocyklů nezapojuje elektronový pár heteroatomu do konjugace? Samostatná domácí práce: Vyhledejte význam vitaminu C a H pro lidský organismus

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) zdroje obrázků: (staženo 16. a ) použitá literatura: 1.Mareček, Honza; Chemie pro čtyřletá gymnázia 3.díl; Nakladatelství Olomouc Červinka, Dědek, Ferles; Organická chemie; Informatorium; Vodrážka Zdeněk; Biochemie; Academia; McMurry; Organická chemie; VUTIUM; 2007