CHE 151
Veľké množstvo prírodných látok je nerozpustných alebo slabo rozpustných vo vode, ale rozpúšťajú sa v éteri alebo iných nepolárnych rozpúšťadlách. Najdôležitejšie z týchto látok sú lipidy („tuky“), terpény a steroidy.
17.1 Lipidy, tuky, mastné oleje
Tento výraz sa používa na zhrnutie tukov, „mastných olejov“, voskov a fosfolipidov. Sú to zlúčeniny, ktoré sú rozšírené v rastlinnej aj živočíšnej ríši a ktoré sú všetky estermi vyšších karboxylových kyselín.
Estery karboxylových kyselín a alkoholov s dlhým reťazcom sú hlavnými zložkami živočíšnych a rastlinných voskov:
Rastlinné a živočíšne oleje a tuky sú triestery 1,2,3-propántriolu (glycerínu):
Sú tiež známe ako triglyceridy. Medzi tukmi a olejmi nie je žiadny chemický rozdiel; Tuky sú pri izbovej teplote tuhé. Oleje zvyčajne obsahujú vyšší podiel nenasýtených mastných kyselín. Môžu sa premeniť na pevné tuky katalytickou hydrogenáciou.
Niektoré z prirodzene sa vyskytujúcich mastných kyselín sú uvedené nižšie:
Nenasýtené mastné kyseliny majú zvyčajne nižšiu teplotu topenia ako plne nasýtené mastné kyseliny. Veľmi dôležitá skupina prírodných látok je biosyntetizovaná z kyseliny arachidónovej:
Prostaglandíny, tromboxány a prostacyklín riadia pozoruhodnú škálu fyziologických funkcií, vrátane funkcií žliaz a nervov, reprodukcie, trávenia, dýchania, agregácie krvných doštičiek a funkcií kardiovaskulárneho a renálneho systému. Biosyntéza týchto metabolitov je inhibovaná aspirínom a inými nesteroidnými protizápalovými liekmi (NSAID).
Pri varení tukov s roztokom hydroxidu alebo uhličitanu sa tvoria alkalické soli mastných kyselín (mydlá):
Veľká časť mydla sa dodnes vyrába varením tukov s vodnými roztokmi NaOH. Po dokončení zmydelnenia sa produkt vyzráža pridaním chloridu sodného.
Čistiaci účinok mydla je založený na špeciálnej štruktúre molekúl mydla. Jeden koniec molekuly obsahuje hydrofilnú, negatívne nabitú a vo vode rozpustnú skupinu -COO-, druhý koniec obsahuje dlhý alifatický, hydrofóbny a vo vode nerozpustný uhlíkový reťazec. Pretože táto molekula obsahuje dlhý reťazec hydrofóbnych mastných kyselín a skupinu polárnych hláv, môže vo vodnom roztoku vytvárať micely:
Molekuly mydla tiež pokrývajú menšie tukové kvapôčky na povrchu tenkým filmom aniónov mydla, pričom lipofilné reťazce smerujú zase dovnútra tuku. Týmto spôsobom sú však tukové kvapôčky elektricky nabité a navzájom sa odpudzujú, takže netečú spolu, ale vytvárajú emulziu, ktorú je možné zadržať vo vode. Vápnikové a horečnaté soli tukových molekúl sú zle rozpustné vo vode a zrážajú sa (kalcifikácia elektrických zariadení, ako sú práčky atď.).
V dnešnej dobe sa používajú syntetické čistiace prostriedky, ktoré netvoria také vo vode nerozpustné kovové soli.
Vosky a tuky sú lipidy. Slúžia ako sklad paliva a energie a sú zložkami biologických membrán. Dôležitou triedou membránových lipidov sú fosfolipidy, di- a triestery, v ktorých sú alkoholy esterifikované karboxylovými kyselinami a kyselinou fosforečnou. Vo fosfoglyceridoch je jedna molekula glycerínu esterifikovaná dvoma molekulami mastných kyselín v susedných polohách a fosfátovou jednotkou, na ktorú je naviazaný ďalší alkoholový substituent, ako je cholín alebo etanolamín, napr .:
Najdôležitejšie fosfoglyceridy sa nazývajú lecitín a cefalín
Fosfoglyceridy môžu tvoriť nielen micely, ale aj vrstvu, v ktorej sú dve lipidové molekuly vždy proti sebe. Nazývajú sa lipidová dvojvrstva:
Táto vlastnosť je veľmi pozoruhodná, pretože veľkosť micel je zvyčajne obmedzená (sfingolipidy s priemerom, ktoré sú obzvlášť bežné v nervovom tkanive. Tieto lipidy majú ako hlavný reťazec komplikovaný dihydroxyamín:
17,2 terpénov
Odpradávna rôzne rastliny ako eukalyptus, mäta pieporná, citrónová tráva, citrónový strom, tymián atď. Produkujú viac alebo menej prchavé oleje s intenzívnou, väčšinou príjemnou vôňou. Pôvodne sa nastrúhané časti rastlín destilovali priamo, neskôr sa „éterické oleje“ oddelili parnou destiláciou. Dnes bolo identifikovaných viac ako 30 000 terpénov zo všetkých foriem života.
Bolo zistené pomerne skoro, že drvivá väčšina terpénov obsahuje vo svojich molekulách násobky atómov 5C. Najjednoduchšie typy s 10 atómami uhlíka sa nazývali monoterpény, napr. B.:
Terpény s 15 atómami uhlíka sa nazývajú seskviterpény:
Terpény s 20 atómami uhlíka sa označujú ako diterpény, terpény s 30 atómami uhlíka ako triterpény a tertrény so 40 atómami uhlíka ako tetraterpény:
Na rozdiel od ostatných terpénov, ktoré sú rozdelené do skupín na základe ich molekulárnej veľkosti a prirodzeného výskytu, ktoré sa však výrazne líšia svojim molekulárnym tvarom, sú steroidy (triterpény) klasifikované na základe štruktúrnej zhodnosti:
V roku 1921 Ruzicka (ETH Zürich) uznala, že molekuly väčšiny terpénov možno považovať za zložené z dvoch alebo viacerých molekúl izoprénu, pričom zvyšky izoprénu sú väčšinou navzájom spojené v polohe od hlavy po chvost:
Toto izoprénové pravidlo bolo veľmi užitočné pri objasňovaní konštitúcie nových terpénov:
Oveľa neskôr (okolo roku 1955) sa ukázalo, že biosyntéza terpénov skutočne začína z dvoch izoprénových zlúčenín C5 (IPP a DMAPP).
Na rozdiel od ostatných terpénov, ktoré sú rozdelené do skupín na základe ich molekulárnej veľkosti a prirodzeného výskytu, ale veľmi sa líšia svojim molekulárnym tvarom, sú steroidy (triterpény) klasifikované na základe štruktúrnej zhodnosti.
17,3 steroidy
Steroidy sú v prírode bežné a mnohé z týchto zlúčenín majú fyziologickú aktivitu. Mnohé steroidy pôsobia ako hormóny, napríklad pohlavné dozrievanie a plodnosť v ľudskom tele sú riadené steroidnými hormónmi. V steroidoch sú tri cyklohexánové kruhy kondenzované jeden k druhému vo forme stoličky a sú zvyčajne zosieťované. Štvrtý kruh je cyklopentán. Spoločná pre všetky steroidy je tetracyklická kruhová štruktúra. Trans spojenie krúžkov umožňuje do značnej miery bezkonformačnú konformáciu všetkých stoličiek, v ktorej metylové skupiny a atómy vodíka zaberajú axiálne polohy v miestach spojenia krúžkov:
Skupiny, ktoré sú nad úrovňou molekuly steroidu, sa nazývajú β-substituenty, skupiny pod úrovňou sa nazývajú α-substituenty.
Všetky prirodzene sa vyskytujúce steroidy sú biosyntetizované zo skvalénu, a preto by sa mali považovať za deriváty triterpénu.
Cholesterol sa nachádza takmer vo všetkých živočíšnych a ľudských tkanivách, najmä v mozgu a mieche. Žlčové kamene môžu pozostávať úplne z nej. Predpokladá sa, že tento steroid je zodpovedný za niektoré ochorenia krvného obehu, pretože sa hromadí na stenách tepien a spôsobuje aterosklerózu a srdcové choroby:
Kortizón, ktorý sa často používa pri liečbe reumatických chorôb, je jedným z hormónov kôry nadobličiek. Tieto hormóny sa podieľajú na regulácii rovnováhy elektrolytov a vody a na metabolizme bielkovín a sacharidov.
Pohlavné hormóny možno rozdeliť do troch skupín; 1) mužské androgény; 2) ženské estrogény; a 3) tehotenské hormóny alebo progestíny:
Štrukturálne podobnosti steroidných hormónov sú pozoruhodné, keď sa vezme do úvahy ich úplne odlišné spôsoby pôsobenia.
Mnoho modifikovaných steroidov bolo syntetizovaných tiež pri hľadaní nových liekov. Syntetické steroidy sú účinné látky v „tabletke“, ktoré pôsobia ako antikoncepcia tým, že riadia ženský menštruačný cyklus a ovuláciu.