5. Sostanze Naturali - noblogs.org · efedrina. − Nello schema 2 sono riportati esempi di...

Dipartimento di Farmacia – Scienze del FarmacoScienze e tecnologie erboristiche e dei

prodotti per la salute (STEPS)Chimica Organica - A.A. 2017-2018

GGC_FA-STEPS-ORG 5.1_17-18 - 1

5. Sostanze Naturali

Clorofilla b

Prof. Giuseppe Gerardo Carbonara

Dipartimento di Farmacia – Scienze del FarmacoSTEPS - Chimica Organica

A.A. 2017-2018


5.0 Sostanze Naturali

1. Alcaloidi p. 3

2. Carboidrati p. 23

3. Lipidi p. 55

4. Terpeni p. 68

5. Amminoacidi e Proteine p. 78

6. Basi azotate e Acidi nucleici p. 112

La Chimica Organica ha avuto la sua origine nello studio delle sostanze naturali e queste rimangono una fonte

costante di informazioni e di conoscenza, nonché di materie prime.



A.A. 2017-2018


5.1 Alcaloidi




A.A. 2017-2018

GGC_FA-STEPS-ORG 5.1_17-18 - 5GGC_FA-STEPS-ORG 5.0_17-18 - 5

N

H

H HNH2

NH2

ammoniaca alchil ammina

R-NH2

aril ammina

Ar-NH2

NH2

butan-1-ammina

ammina 1ria

NH2

2-metilpropan-2-ammina

ammina 1ria

NH

N-metiletanammina

ammina 2ria

N

N-etil-N-(propan-2-il)propan-2-ammina (base di Hünig)

ammina 3ria

N+ Br

-

N,N,N-trimetilmetanammonio bromuro

sale ammonico 4rio

5.1 Alcaloidi■ Ammine: nomenclatura e struttura (tradotto da www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/VirtTxtJml/amine1.htm)

− Le ammine sono derivati dell'ammoniaca in cui uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da un gruppo alchilico o arilico, pertanto si distinguono

in ammine alifatiche e aromatiche.

− La nomenclatura delle ammine è complicata dal fatto che esistono diversi sistemi di nomenclatura, anche se quella di riferimento è lanomenclatura IUPAC.

− Le ammine si distinguono in primarie (1rie), secondarie (2rie) e terziarie (3rie) in base al numero di sostituenti alchilici (o arilici) legati all’atomo diazoto.

− Il legame all’azoto di un quarto gruppo alchilico o arilico rende l’azoto carico positivamente formando un catione ammonico 4rio.

− L’atomo di azoto può essere inserito in una struttura ciclica (eterociclica) alifatica o aromatica.

NH2

anilina

NH2

cicloesanammina

N

piridina

NH

piperidina

NH

pirrolo

NH

pirrolidina

N

N

pirimidina

NH

N

imidazolo

NH

indolo


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5.1 Alcaloidi■ Gli alcaloidi sono un gruppo di composti chimici naturali, che

contengono atomi di azoto inseriti in porzioni di struttura cicliche,

con proprietà basiche. Questo gruppo comprende anche alcuni

composti con proprietà neutre e/o debolmente acide. Tra gli alcaloidi

sono inclusi anche alcuni composti sintetici di struttura simile.

− Oltre a carbonio, idrogeno e azoto, gli alcaloidi possono contenere

ossigeno, zolfo e, più raramente, altri elementi come cloro, bromo e

fosforo.

− Gli alcaloidi sono prodotti da una grande varietà di organismi,

inclusi batteri, funghi, piante e animali e fanno parte del gruppo dei

prodotti naturali (chiamati anche metaboliti secondari).

− Molti alcaloidi possono essere purificati da estratti grezzi per

estrazione acido-base, e sono tossici per altri organismi. Spesso

hanno effetti farmacologici e sono utilizzati come farmaci, come

droghe di ricreazione o in rituali etnici.

− Alcuni esempi (schema 1) sono: l'anestetico locale e stimolante

cocaina; la droga psichedelica psilocina; gli stimolanti caffeina e

nicotina; l’analgesico narcotico morfina; il farmaco antiasmatico

efedrina.

− Nello schema 2 sono riportati esempi di strutture più complesse

quali: l’antibatterico berberina; il composto antitumorale vincristina;

l’agente antiipertensivo reserpina; il colinomimetico galantamina;

l’agente spasmolitico atropina; il vasodilatatore vincamina; il

composto antiaritmico chinidina; il farmaco antimalarico chinina.

− Sebbene gli alcaloidi agiscano su una molteplicità di sistemi

metabolici umani e animali, quasi tutti hanno un sapore amaro.

− Il confine tra alcaloidi e altri composti naturali contenenti azoto non è

netto. Composti come aminoacidi, peptidi, proteine, nucleotidi, acidi

nucleici, ammine e gli antibiotici non sono di solito considerati

alcaloidi. Composti naturali contenenti azoto in posizione esociclica

(mescalina, serotonina, dopamina, ecc.) sono solitamente

compresi tra le ammine piuttosto che tra gli alcaloidi. Alcuni autori,

tuttavia, considerano gli alcaloidi un caso speciale delle ammine.

N

N

N

N

O

O

Caffeinastimolante SNC

Coffea sp.

N

O

O

O

O

Cocainaanestetico locale; stimolante

Erythroxylum coca

NH

N

OH

Psilocinadroga psichedelica

Psilocybe sp.

O

N

OH

OH

HN

N

Nicotinastimolante SNC;

insetticidaNicotiana tabacum

Morfinaanalgesico narcoticoPapaver somniferum

NH

OH

CH3

CH3

Efedrinabroncodilatatore;

antiasmaticoEphedra sp.

Schema 1



A.A. 2017-2018


5.1 Alcaloidi

Berberina cloruroantibattericoBerberis sp.

N

NHO

O

NH

N

OH

O

O

CH3

OH

H

OO

Vincristinaantitumorale

Catharanthus roseus

N+

OH

O

O Cl-

NHNH

O OO

OO

OH OO

H

HH

Reserpinaantiipertensivo;

antipsicoticoRauwolfia serpentina

O

N

O

OH

Galantaminainibitore della colinesterasi

Galanthus caucasicus

O

O

OH

N

Atropinaanticolinergico; midriatico

Atropa belladonna

NN

OH

O

O

H

Vincaminavasodilatatore

Vinca minor; Vinca sp.

N

O

N

OH

H

Chinidinaantiaritmico

Chincona sp.

N

N

O

OH

H

ChininaantimalaricoChincona sp.

■ Esempi di alcaloidi

Schema 2



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5.1 Alcaloidi■ Nelle seguenti formule strutturali di alcaloidi e di altri prodotti naturali contenenti azoto è possibile riconoscere molte caratteristiche strutturali di base.

La tiamina e la serotonina sono ammine 1rie, la coniina è un’ammina 2ria, l’atropina, la chinina, la morfina, la nicotina e la caffeina sono ammine 3rie e

la muscarina è un sale ammonico 4rio.

− In queste strutture è possibile riconoscere, inoltre, le porzioni cicliche azotate dell’imidazolo, dell’indolo, della piperidina, della piridina, della

pirimidina e della pirrolidina e le porzioni bicicliche del tropano e della chinuclidina. Inoltre, si evidenziano due porzioni cicliche furaniche.

N

N

N

N

O

O

Caffeinastimolante SNC

Coffea sp.

NH

NH2

OH

Serotoninaneurotrasmettitore

O

N

OH

OH

H N

N

Nicotinastimolante SNC; insetticida

Nicotiana tabacum

Morfinaanalgesico narcoticoPapaver somniferum

O

O

OH

N

Atropinaanticolinergico; midriatico

Atropa belladonna

Muscarinail veleno dell'Amanita muscaria

N

N

O

OH

H

Chininaantimalarico

Cinchona sp.

Coniinail veleno della cicutaConium maculatum

Tiaminavitamina B1

N+

SN NH2

N

OH

Cl-

NH

H

O

N+

OH

Cl-

1ria

2ria

3ria

3ria

3ria3ria

4rio3ria

3ria

3ria

1ria

3ria

3ria

3ria

3ria

3ria

4rio

3ria



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5.1 Alcaloidi■ Gli atomi di azoto che fanno parte di anelli aromatici, come la piridina, il pirrolo e l’imidazolo, hanno configurazioni planari (ibridazione sp2) e non

sono centri stereogenici.

N

N

base di Troegerstabile e risolta in (+) e (-)

N

2-metil-1,2,3,4-tetraidroisochinolinanon risolta

■ Per poter isolare le ammine chirali all’azoto sono necessarie alcune caratteristiche

strutturali, quali il blocco o la ridotta velocità di inversione piamidale.

− Negli schemi seguenti sono riportati due esempi di tali ammine 3rie, confrontate con

gli analoghi simili non risolvibili.

− I due atomi di azoto della base di Troeger sono i soli centri stereogenici della

molecola. A causa della struttura a ponte della molecola, gli atomi di azoto hanno

la stessa configurazione e non possono subire inversione.

− La separazione di enantiomeri della base di Tröger fu fatta per la prima volta da

Vladimir Prelog nel 1944 che usò la cromatografia in colonna con una chirale

fase stazionaria. Il metodo, all’epoca relativamente nuovo, dopo quella

dimostrazione è diventato una procedura standard di separazione di enantiomeri di

successo.

■ Anche gli atomi di azoto legati a gruppi carbonilici, come nella caffeina, sono

planari (sp2).

− In atropina, coniina, morfina, nicotina e chinina sono presenti atomi di azoto

piramidali stereogenici (il doppietto elettronico di non legame può essere

considerato come un quarto sostituente di un azoto ibridato sp3).

− Nella chinina questo azoto è limitato a una sola configurazione dal sistema ciclico a

ponte.

− Gli altri atomi di azoto stereogenici sono liberi di assumere due configurazioni

piramidali (inversione piamidale all’azoto), ma queste sono in rapido equilibrio e i

distinti stereoisomeri non possono essere facilmente isolati.

R1

N

R3

R2

R1

N

R3

R2

inversione piamidale all’azoto

N

N

(-) base di Troeger (+)

N

N


https://en.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%B6ger's_base


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5.1 Alcaloidi■ La 1-cloro-2,2-difenilaziridina può subire inversione all’azoto, ma è necessario

superare una barriera enegetica più alta, rispetto alle ammine eterocicliche più grandi.

Infatti, è stata risolta nei singoli enantiomeri puri.

− La stabilità relativa dei singoli enantiomeri è dovuta all’aumento della tensione

angolare dell’anello aziridinico nello stato di transizione planare intermedio del

processo di inversione, in cui l’azoto è ibridato sp2 rispetto alla configurazione

tetraedrica piramidale.

− La determinazione approssimata della tensione angolare viene fattaconsiderando un valore arbitrario di 60° dei legami C-N-C nell’eterociclo a tre

termini. Mentre per l’azoto tetraedrico la differenza angolare è di circa 47° (Nsp3

107° – 60° = 47°), per l’azoto planare la differenza è di 60° (Nsp2 120° – 60° = 60°).

■ I sali ammonici quaternari, come nella muscarina, hanno una configurazione

tetraedrica e non subiscono inversione. Se però i quattro sostituenti fossero diversi,

diventerebbe un centro stereogenico stabile.

1-cloro-2,2-difenilaziridinastabile a 0 °C

1-cloro-2,2-difenilpirrolidinanon risolta

NCl

N

Cl

tensione angolare

piramidale (N sp3): circa 47°

N

Cl

N Cl N

Cl

tensione angolare

planare (N sp2): circa 60°

R1

N+

R3

R2R4

R1

N+

R3R2 R4

sali ammonici quaternari eantiomeriimmagini speculari



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5.1 Alcaloidi■ Proprietà delle ammine

− Punto di ebollizione e solubilità in acqua

− Il fattore principale da considerare è il legame idrogeno.

− La tabella 1 riporta i p.e. di alcani, ammine e alcoli. I p.e. molto più alti degli alcoli sono dovuti alle maggiori forze di interazione intermolecolari che

derivano dalla formazione di legami idrogeno O-H----O; nelle corrispondenti ammine il legame idrogeno più debole N-H----N spiega i punti di

ebollizione più bassi, mentre per gli alcani presenti i p.e. sono bassissimi (sono gas a t.a.) poiché i legami idrogeno non possono essere formati.

L'aumento della temperatura di ebollizione per le ammine rispetto agli alcani è circa la metà dell'aumento osservato per gli alcoli corrispondenti.

− La tabella 2 illustra le differenze tra ammine isomere 1rie, 2rie e 3rie e l’influenza della ramificazione della catena. Passando dalle ammine 1rie a quelle

3rie la minore possibilità di formare legami H fa abbassare i p.e.. Le ammine 3rie mostrano p.e. simili a quelli degli eteri delle stesse dimensioni. Gli

esempi riportati mostrano che la ramificazione della catena fa abbassare i p.e. da 10 a 15 ºC.

− La solubilità in acqua delle ammine 1rie e 2rie è simile a quella degli alcoli corrispondenti, mentre la solubilità delle ammine 3rie è simile a

quella degli eteri. Questi confronti sono validi solo per composti puri in acqua neutra. La basicità delle ammine permette loro di essere sciolte in

soluzioni diluite di acidi minerali e questa proprietà facilita la loro separazione da composti neutri come alcoli ed idrocarburi per ripartizione tra le

fasi di solventi non miscibili.

Composto CH3CH3 CH3OH CH3NH2 CH3CH2CH3 CH3CH2OH CH3CH2NH2

P.M. 30 32 31 44 46 45

p.e. ºC -88.6º 65º -6.0º -42º 78.5º 16.6º

Composto CH3(CH2)2CH3 CH3(CH2)2OH CH3(CH2)2NH2 CH3CH2NHCH3 (CH3)3CH (CH3)2CHOH (CH3)2CHNH2 (CH3)3N

P.M. 58 60 59 59 58 60 59 59

p.e. ºC -0.5º 97º 48º 37º -12º 82º 34º 3º



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− Basicità

− Le ammine sono basi di Brønsted e di Lewis e la loro forza basica varia notevolmente in base ai sostituenti. Per confrontare qualitativamente la loro

basicità è preferibile utilizzare i pKa dei relativi acidi coniugati invece delle loro pKb. Poichè pKa + pKb = 14, più alto pKa è il più la base è forte, al

contario della relazione inversa del pKa con l’acidità.

− I pKa di molte semplici alchil ammine sono compresi nell’intervallo tra 9.5 e 11.0 e le loro soluzioni acquose sono basiche (in base alla

concentrazione, hanno un pH da 11 a 12). I primi quattro composti della tabella cadono in questo gruppo.

− Gli altri cinque composti (celle colorate) sono basi significativamente più deboli di tre ordini di grandezza, per motivi diversi. Il primo riguarda

l’ibridazione dell’azoto. Nella piridina l’azoto è ibridizzato sp2 e nell’acetonitrile l’azoto del triplo legame è ibridizzato sp. In entrambi i casi il doppietto

di non legame è localizzato sull’atomo di azoto e, a seguito del maggiore carattere s, è situato più vicino al nucleo dell’azoto, riducendone la tendenza

a legare un protone.

− L’anilina and p-nitroanilina sono basi più deboli a causa della delocalizzazione del doppietto dell’azoto sull’anello aromatico e sul nitro gruppo.

Infatti, l’anilina è una base più debole della cicloesanammina ci circa un millione di volte (lo stesso fattore per cui il fenolo è un acido più forte del

cicloesanolo).

− La delocalizzazione del doppietto dell’azoto sul gruppo carbonilico è anche la causa della basicità molto bassa delle ammidi e della debole

reattività nucleofilica dell’azoto ammidico. Questa caratteristica è utilizzata per moderare l’effetto attivante dei sostituenti amminici nelle sostituzioni

elettrofiliche aromatiche.

− La bassissima basicità del pirrolo riflette la delocalizzazione eccezionale del doppietto dell’azoto che partecipa all’aromaticità dell’anello. L’indolo (pKa

= -2) e l’imidazolo (pKa = 7.0) hanno lo stesso carattere di eterocicli aromatici. L’imidazolo è un milione di volte più basico del pirrolo a causa

dell’azoto ibridizzato sp2 che partecipa alla formazione di un doppio legame in modo strutturalmente simile alla piridina, con la quale ha una basicità

comparbile.

Composto NH3 CH3C≡N

pKa 11.0 10.7 10.7 9.3 5.2 4.6 1.0 0.0 -1.0 -10.0

NH NH2 NH2 N NH2 NH2O2N NH

O

NH2R



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− Acidità

− Le ammine 1rie e 2rie possono anche comportarsi da acidi molto deboli (l’ammoniaca ha un pKa = 34). In questo caso il pKa è usato come una

misura dell'acidità dell’ammina stessa e non del suo acido coniugato, come nella sezione precedente. Per l’ammoniaca ciò è espresso dalla

seguente equazione ipotetica:

NH3 + H2O → NH2(–) + H3O

(+)

− Gli stessi fattori che diminuiscono la basicità delle ammine ne fanno aumentare l’acidità. Nella tabella sono riportati alcuni esempi in ordine crescente

di acidità. I primi quattro composti mostrano lo stesso ordine di acidità visto prima per la basicità. Gli ultimi due composti mostrano l'influenza

sull’acidità del legame N-H degli adiacenti gruppi solfonile e carbonilici. La maggiore acidità è dovuta alla stabilizzazione per risonanza delle relative

basi coniugate.

− Gli acidi possono essere convertiti nelle loro basi coniugate per reazione con basi forti. Alcuni esempi di reazioni sono riportati di seguito, dove gli

idrogeni acidi sono colorati in blu e le basi in rosso. Per la completa conversione della base coniugata, come mostrato, è richiesta una base di

reagente all'incirca un milione di volte più forte.

C6H5SO2NH2 + KOH → C6H5SO2NH(–) K(+) (base coniug. solfonammidica) + H2O

(CH3)3COH + NaH → (CH3)3CO(–) Na(+) (base coniug. alcossido ) + H2↑

(C2H5)2NH + C4H9Li → (C2H5)2N(–) Li(+) (base coniug. ammiduro) + C4H10

Composto

pKa 33 27 19 15 10 9.6


NH NH2 NH2O2N NH

O

O

NHS

O

O

NH2


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5.1 Alcaloidi■ Reattività delle ammine

− Importanti reagenti basici

− In chimica organica, per le esigenze pratiche di specifiche reazioni, sono necessarie basi organiche di forza variabile.

− La base comune idrossido di sodio HO(-) non è solubile in molti solventi organici e, pertanto, non può essere usata come reagente in moltereazioni organiche. La maggior parte dei reagenti basici sono sali di ioni alcolato, ammine o sali di ammiduri. Le basi coniugate degli alcoli(ioni alcossido o alcolato) sono più deboli delle basi ammiduro e colmano il divario tra la forza delle ammine e delle loro basi coniugateammiduro. I pKa riportati in tabella si riferiscono all'acido coniugato della base corrispondente.

− La piridina è comunemente usata per neutralizzare gli acidi minerali che si producono nelle reazioni come coprodotti. La sua basicità enucleofilicità possono essere modificate da effetti sterici, come nel caso delle 2,6-dimetilpiridina (pKa = 6,7) o dalla stabilizzazione per risonanza,come nel caso della 4-dimetilamminopiridina (pKa = 9,7). La base di Hünig (N-etil-N-(prop-2-il)propan-2-ammina) è relativamente più forte, maun cattivo nucleofilo a causa dell’ingombro sterico e, come la DBU (1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-ene), è spesso utilizzata come base nellereazioni di eliminazione E2 condotte in solventi non polari.

− La base di Barton (2-tert-butil-1,1,3,3-tetrametilguanidina) è una base forte, cattivo nucleofilo, è usata nei casi in cui si voglia evitare lasostituzione elettrofila al doppio legame della DBU.

− Gli alcossidi sono basi più forti che sono spesso usate nel corrispondente alcool (dal quale vengono prodotti per reazione con Na metallico)come solvente o in DMSO, per sfruttarne la maggiore reattività.

− Le due basi ammiduro (NaHMDS, sodio 1,1,1,3,3,3-esametildisilammiduro; LDA, litio di(propan-2-il)ammiduro) sono molto usate per lapreparazione di basi enolato da composti carbonilici e altri acidi al carbonio deboli.

Nome della

basePiridina

N,N-dietil

etanammina

Base di

HünigDBU

Base di

Barton

Potassio

t-ButossidoSodio HMDS LDA

Formula (CH3)3CO(–) K(+) [(CH3)3Si]2N(–)Na(+) [(CH3)2CH]2N

(–)Li(+)

pKa 5.3 10.7 11.4 12 14 19 26 35.7

NN

NN

N

N

N

N



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5.1 Alcaloidi■ Reazioni delle ammine

− Sostituzione elettrofila all’azoto

− L’ammoniaca e le ammine, oltre che basi di Brønsted, sono composti nucleofili che legano una varietà di elettrofili.

− L’equazione generale per la sostituzione elettrofila all'azoto è la seguente:

2 R-NH2 + E(+) → [R-NH2E](+) → R-NHE + R-NH3(+)

− Di seguito è riportato un elenco di elettrofili che reagiscono con le ammine (atomo o sito elettrofilico colorato in blu).

Elettrofilo RCH2–X RCH2–OSO2R R2C=O R(C=O)X RSO2–Cl HO–N=O

NomeAlogenuro

alchilico

Solfonato

alchilico

Aldeide

o

Chetone

Alogenuro

acilico

o Anidride

Solfonil

cloruro

Acido

nitroso



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− Alchilazione

− La reazione di un bromuro alchilico 1rio con un largo eccesso di NH3 produce la corrispondente ammina 1ria, con un meccanismo SN2. Il bromuro

di idrogeno HBr prodotto nella reazione si combina con l‘eccesso di ammoniaca, formando bromuro di ammonio NH4(+)Br(-) come sottoprodotto.

2 RCH2Br + :NH3 (largo eccesso) → RCH2NH2 + NH4(+) Br(–)

− Anche le ammine reagiscono con alogenuri alchilici per dare prodotti N-alchilati. Poiché questa reazione produce HBr, si formeranno anche sali

bromoidrati dell’ammina alchilata o dell’ammina di partenza non reagita (in equilibrio).

2 RNH2 + H3CCH2Br → RNHCH2CH3 + RNH3(+) Br(–) D RNH2C2H5

(+) Br(–) + RNH2

− L'alchilazione di ammine 1rie o 2rie non da solo il prodotto di mono alchilazione:

− rapporto ammina-alogenuro alchilico 1:1, reagisce solo il 50% dell’ammina mentre l’ammina rimanente è salificata a sale di alogenuro di

ammonio;

− rapporto 2:1, come nell’equazione precedente, sia l’ammina di partenza che l’ammina alchilata prodotta sono nucleofili e quindi, una volta avviata

la reazione, l’ammina prodotta compete con quella di partenza per formare prodotti polialchilati.

− Anche le ammine 3rie possono essere alchilate a sali ammonici quaternari. Per eliminare dalla reazione l’acido alogenidrico prodotto si usa una

base ingombrata stericamente (es. base di Hünig) che non può essere alchilata a sua volta.

C6H5NH2 + 3 CH3I + base di Hünig → C6H5N(CH3)3(+) I(–) + base di HünigH(+) I(-)



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− Reazione con Benzenesolfonil cloruro (Saggio di Hinsberg)

− La reazione delle ammine col reagente elettrofilico benzenesolfonil cloruro, permette di distinguere le ammine 1rie, 2rie e 3rie.

− Nelle reazioni seguenti è evidenziata la diversa reattività delle ammine:

− ammine 1rie e 2rie: reagiscono per dare derivati solfonamidici con perdita di HCl;

− ammine 3rie non reagiscono. In questo caso è possibile la formazione di un sale ammonico 4rio intermedio, che si decompone rapidamente per

dare H2O e l’ammina di partenza.

− Poiché la reazione è condotta in soluzione acquosa basica (NaOH o KOH), i derivati solfonammidici 1ri essendo acidi si sciolgono e

l’acidificazione della soluzione fa precipitare il derivato solfonammidico; i derivati 2ri sono solidi insolubili.

ammina 1ria

ammina 2ria

ammina 3ria


S

O

O

ClNH2R' + S

O

O

N

R'

H

S

O

O

N-

R'

acido

NaOH

- HCl+

neutralizzatodalla base

Na+

OH2

solubile in H2O

S

O

O

ClNH

R'

R''

+ S

O

O

N

R''

R'

HCl

solido insolubile

+

S

O

O

ClNR'

R'''

R''

+ S

O

O

N+

R'

R''

R'''NaOH

+Na+

solubile in H2Onon isolato

Cl-

S

O

O

O-

N

R'

R''

R'''


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− Preparazione di ammine 1rie

− Per alchilazione con alogenuri alchilici o in molti casi con metodi alternativi preferenziali. Questi metodi richiedo due stadi,

ma forniscono prodotti puri e con buone rese.

− La procedura generale prevede: 1) la formazione del legame C-N per reazione di un substrato elettrofilo con un azoto

nucleofilo; 2) i sostituenti all’azoto estranei sono rimossi per fornire l’ammina finale.

− Nello schema seguente è riportato un esempio per ognuna delle classi generali di reazioni.

EsempioAzoto

Nucleofilo

Carbonio

Elettrofilo

Reazionedel 1° stadio

Prodotto inizialeCondizioni2° Stadio

Reazionedel 2° stadio

Prodotto finale

#1 N3(–) RCH2-X o

R2CH-XSN2

RCH2-N3 o

R2CH-N3

LiAlH4 o

4 H2/PdIdrogenolisi

RCH2-NH2 o

R2CH-NH2

#2 C6H5SO2NH(–) RCH2-X o

R2CH-XSN2

RCH2-NHSO2C6H5 o

R2CH-NHSO2C6H5

Na in NH3 (liq) IdrogenolisiRCH2-NH2 o

R2CH-NH2

#3 (–)CNRCH2-X o

R2CH-XSN2

RCH2-CN o

R2CH-CNLiAlH4 Riduzione

RCH2-CH2NH2 o

R2CH-CH2NH2

#4 :NH3

RCH=O o

R2C=O

Addizione /

Eliminazione

RCH=NH o

R2C=NH

H2/Ni

o NaBH3CNRiduzione

RCH2-NH2 o

R2CH-NH2

#5 :NH3 RCOXAddizione /

EliminazioneRCO-NH2 LiAlH4 Riduzione RCH2-NH2

#6NH2CONH2

(urea)R3C

(+) SN1 R3C-NHCONH2 NaOH soluz. Idrolsi R3C-NH2



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Esempi #1 e #2: atomi di azoto anionici reagiscono via SN2 con alogenuri alchilici moderatamente elettrofili. Nell’esempio #2 il derivato

solfonammidico della tabella è stato sostituito con la ftalimmide acida. Il meccanismo della trasformazione è lo stesso per i due casi.

Esempio #3: è simile ai precedenti, ma permette di allungare la catena con un gruppo metilenico (CH2).

In tutti e tre questi esempi non possono essere utilizzati alogenuri alchilici 3ari perché la reazione principale sarebbe un'eliminazione E2.


#1

Br

+N-

N+

N-

Na+

SN2

NN

+

N-

4 H2/Pd (cat.)

o LiAlH4

NH2

sodio azide

2-azidobutano

butan-2-ammina2-bromobutano

#2

O

O

NH

O

O

N-

+Na+ +

Br

O

O

N

1H-isoindol-1,3(2H)-dioneo ftalimmide

NH2O

-

O

O

O-

Na+

Na+

SN2

2 NaOH

to

sodio ftalimmiduro 2-(prop-2-en-1-il)-ftalimmide

prop-2-en-1-ammina

disodio benzen-1,2-dicarbossilatoo disodio o-ftalato

#3

Br

+C

N

Na+

C-

NS

N2

fenilacetonitrile

1) LiAlH4

2) H2O

CH2NH2

2-feniletan-1-ammina

sodio cianuro

(bromometil)benzene


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Esempio #4: attacco dell’ammonia :NH3, o di un equivalente nucleofilo all’azoto, al carbonio elettrofilo di un gruppo C=O. L’addizione di un

nucleofilo alle aldeidi e ai chetoni è spesso catalizzata dagli acidi. La reazione dell’ammoniaca NH3 con aldeidi e chetoni è una reazione

reversibile di addizione-eliminazione per dare delle immine (funzione C=N). Normalmente questi intermedi non sono isolati, ma sono ridotti in situ ad

ammine.

Esempio #5: Alogenuri acilici e anidridi essendo più elettrofilici non hanno bisogno di un catalizzatore acido. I cloruri acilici reagiscono con NH3

per dare le ammidi, con un meccanismo di addizione-eliminazione, che sono poi ridotte ad amine con LiAlH4.

Esempio #6: è una procedura speciale per legare un gruppo amminico a un gruppo alchilico 3rio. Il carbocatione elettrofilo può reagire anche

con un nucleofilo debole come l’urea (la diammide del’acido carbonico). L’urea sostituita con il gruppo alchilico 3rio è poi idrolizzata per dare

l’ammina.

Un metodo speciale per le ammine 1rie, in particolare aril ammine, usa un elettrofilo all’azoto NO2(+) che si lega a un carbonio nucleofilico. Il nitro derivato

è poi ridotto ad ammina 1ria con diversi metodi.GGC_FA-STEPS-ORG 5.1_17-18 - 20

#4

O

+NH3

4 H2/Ni (cat.)

OH

NH2NH

cicloesanimmina

CH3COOH

cat.NH2

cicloesanone 1-amminocicloesan-1-olo cicloesanammina

- H2O

#5

O

Cl

O

NH2+NH3

OH

Cl

NH2

Piridina

- HCl

2-metilpropanammide

1) LiAlH4

2) H2O

NH2

2-metilpropanoil cloruro 1-amino-1-cloro-2-metilpropan-1-olo


#6 +NH2

NH2

O

OH C+H

2SO

4

NH2NH

O

NH2

2 NaOH

to+ NH3 + Na2CO3


2-metilpropan-2-olo 2-metilprop-2-ilio urea N-tert-butilurea


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− Preparazione di ammine 2rie e 3rie

− Dei sei metodi visti in precedenza, tre possono essere utilizzati per la sintesi delle ammine 2rie e 3rie:

− 1) Alchilazione dei derivati solfonammidici di ammine 1rie: fronisce le ammine 2rie

− 2 e 3) Riduzione di alchilimmine e sali dialchilimmonici: fornisce ammine 2rie e 3rie

− 4 e 5) Riduzione dei derivati ammidici di ammine 1rie e 2rie: fornisce ammine 2rie e 3rie

− La procedura della solfonammide è simile a quella della ftalimmide vista in precedenza. La base coniugata nucleofilica è ottenuta per reazione conNaOH o KOH; questa viene alchilata via SN2 con un alogenuro alchilico 1° o 2°. Il gruppo attivante è rimosso per scissione riduttiva (solfonammide)

per dare l’ammina desirata. Il metodo della ftalimmide (un solo –NH acido) è utile solo per preparare le ammine 1rie, mentre quello della solfonammide

(due –NH acidi) è utile per le ammine 1rie o 2rie.


#1 S Cl

O

O

NH2+ S

O

NH

O

benzenesolfonil cloruro N-etilbenzenesolfonammide

S N-

O

O

K+

potassio N-etilbenzenesolfonammiduro

a)

Br

+ S

O

N

O

b) S N-

O

O

K+

SN2

(bromometil)ciclopentanoN-(ciclopentilmetil)-N-etil

benzenesolfonamide

Na in

NH3 (liq.)

NH

N-(ciclopentilmetil)etanammina

#2 O+NH2

H2/Ni (cat.)

CH3COOH

cat.

ciclopentanoneanilina

- H2O

N

N-fenilciclopentanimmina

NH

N-ciclopentilanilina

#3O+NH

H2/Ni (cat.)

CH3COOH

cat.

propanalepiperidina

- H2O

NH N+

N

sale di1-propilidenepiperidin-1-inio

1-(prop-1-en-1-il)piperidina

sodiocianoboroidruro

BH3

-NNa

+o

N

1-propilpiperidina


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− Preparazione di ammine 2rie e 3rie

− 4 e 5) Riduzione dei derivati ammidici di ammine 1rie e 2rie: fornisce ammine 2rie e 3rie

− Un altro metodo generale per preparare tutte le classi di ammine usa come intermedi le ammidi, che sono facilmente preparate per reazione

dell’ammoniaca o delle ammine con i cloruri o le anidridi di acidi carbossilici.

− Questi composti stabili possono essere isolati, identificati e conservati prima della riduzione dinale. Gli esempi #4 e #5 illustrano l’applicazione di

questo metodo. Le ammidi di ammine 1rie danno come prodotto le ammine 2rie, mentre quelle di ammine 2rie danno ammine 3rie.

− L’esempio #6 mostra la preparazione di un sale ammonico quaternario mediante ripetute alchilazioni (esaustive) delle ammine.


#4

O

O O

+ NH2

anidride acetica 4-metilanilina

NH

O

N-(4-metilfenil)acetammide

NH

1) LiAlH4

2) H2O

N-etil-4-metilaniline

#5NH+

Cl

O

pirrolidinabenzoil cloruro

Piridina

N

O1) LiAlH

4

2) H2O

N

N-benzoilpirrolidina N-benzilpirrolidina

#6 ICH3+NH

(1s,5s)-3-azabiciclo[3.2.2]nonano

iodometano

2Piridina

- HIN

+I-

(1s,5s)-3,3-dimetil-3-azabiciclo[3.2.2]nonan-3-inio ioduro


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5.2 Carboidrati




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5.2 Carboidrati■ I Carboidrati sono la classe più abbondante di composti organici che si trovano negli organismi viventi. Sono prodotti della fotosintesi, che causa la

condensazione riduttiva endotermica dell'anidride carbonica CO2 con l’acqua H2O, che richiede energia luminosa e il pigmento clorofilla.

Le formule dei carboidrati possono essere scritte come idrati del carbonio, Cn(H2O)n, da cui deriva il loro nome.

I carboidrati sono fonti importanti di energia metabolica, sia per le piante e che per gli animali, assunte con gli alimenti.

Oltre al ruolo nutrizionale fondamentale degli zuccheri e degli amidi, i carboidrati anche servono anche come un materiale strutturale (cellulosa),

sono un costituente del composto che trasporta energia ATP, funzionano da siti di riconoscimento sulle membrane cellulari e sono uno dei tre

componenti essenziali di DNA ed RNA.

I carboidrati sono anche chiamati saccaridi o, quando sono relativamente piccoli, zuccheri. Di seguito sono riportati alcune modalità utili di

classificazione.

ComplessitàCarboidrati Semplici

monosaccaridiCarboidrati Complessi

disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi

DimensioneTetrosi

zuccheri C4

Pentosizuccheri C5

Esosizuccheri C6

Eptosizuccheri C7

ecc.

Gruppo funzionale carbonilico

Aldosizuccheri che hanno un gruppo funzionale aldeidico o un equivalente acetalico.

Chetosizuccheri che hanno un gruppo funzionale chetonico o un equivalente chetalico.

Reattività

Riducentizuccheri ossidati dal reagente di Tollens (o di reagenti di Benedict or Fehling).

Non-riduecentizuccheri non oossidati dal regente di Tollens o da altri reagenti.


hν

2 2 6 12 6 26CO +6H O C H O +6O

glucosio amido, cellulosa

clorofilla

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/chlorophyll.dsv


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5.2 Carboidrati

MONOSACCARIDI

TRIOSI (C3)TETROSI (C4)PENTOSI (C5)

ESOSI (C6)

ALDOSI [-C(=O)H]

TRIOSI (C3)TETROSI (C4)PENTOSI (C5)

ESOSI (C6)

CHETOSI (-C=O)

CHO

H

OHH2C

OH

CH2OH

CH2OH

OD-(+)-gliceraldeide o

(2R)-(+)-2,3-diidrossipropanale

(un aldotrioso)

1,3-diidrossiacetone (DHA) o

1,3-diidrossipropan-2-one

(un chetotrioso)



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5.2 Carboidrati■ CLASSIFICAZIONE:

−MONOSACCARIDI: non possono essere idrolizzati in molecole più semplici (es. glucosio)

−DISACCARIDI: idrolizzabili in due molecole di monosaccaride (es. saccarosio = glucosio +

fruttosio)

−OLIGO e POLISACCARIDI: idrolizzabili in più molecole di monosaccaride (es. amido, cellulosa =

migliaia di molecole di glucosio).

■ PRINCIPALI FUNZIONI BIOLOGICHE:

− Deposito di energia chimica (glucosio, amido, glicogeno)

− Struttura di supporto delle piante (cellulosa)

− Struttura delle pareti batteriche (mucopolisaccaridi)

− Componenti di DNA e RNA (deossiribosio e ribosio)

− Recettori di membrana (glicoproteine)



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(a) Muschi, felci e piante fiorite

(b) Alghe Kelp

(c) Euglena (d) Cianobatteri

5.2 Carboidrati■ Le basi della fotosintesi (tratto da Martin Huss, Arkansas State University, 2006)

− Quasi tutte le piante sono autotrofi fotosintetici, così come alcuni batteri e protisti

− Gli autotrofi generano la propria materia organica attraverso la fotosintesi

− L’Energia solare viene trasformata in energia immagazzinata sotto forma di legami chimici



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5.2 Carboidrati■ Le basi della fotosintesi

− L’energia luminosa è raccolta da piante e altri organismi autotrofi fotosintetici

ACQUA

ACQUA

OSSIGENO

ZUCCHERI

CARBONIO DIOSSIDO

6 CO2 + 6 H2O + luce → C6H12O6 + 6 O2



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− Spettro Elettromagnetico e Luce Visible

Raggi

Gamma Raggi-X Raggi UVRaggi Infrarossi

e Microonde Onde Radio

Luce Visible

Lunghezza d’onda (nm)



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− Spettro Elettromagnetico e Luce Visible

Perchè le piante sono verdi?

Trasmettono

Luce visibile

verde

Luce visibile

verde



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− Perchè le piante sono verdi?

Le cellule vegetali contegono

cloroplasti di volore “verde”

La membrana

tilacoide del

cloroplasto è

impregnata di

pigmenti

fotosintetici

(clorofille,

carotenoidi).

Stroma

Tilacoide

Grano(pila di

tilacoidi)

Spaziointermembrana

Membrana interna

Membrana esterna



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− Il colore della luce osservato non è quello della luce assorbita

− I cloroplasti presenti nelle foglie, contengono:

− lo stroma, un fluido;

− la grana, pile di tilacoidi che contengo la clorofilla.

− La clorofilla è il pigmento verde che cattura la luce per la

fotosintesi.

− I cloroplasti assorbono energia luminosa e la convertono in

energia chimica.

LuceLuce

Riflessa

LuceAssorbita

Luce Trasmessa

Cloroplasto



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Sezione trasversale della fogliaCELLULA MESOFILLICA

FOGLIACloroplasto

Mesofillo

CLOROPLASTO Spazio intermembrane

Membranaesterna

Membranainterna

TilacoideStromaStromaGrana

5.2 Carboidrati■ Le basi della fotosintesi: localizzazione e struttura dei cloroplasti

Grana



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− Nella maggior parte delle piante, la fotosintesi si verifica principalmente nelle foglie, in particolare nei cloroplasti.

− La clorofilla è il pigmento verde che cattura la luce per la fotosintesi.

Carboniodiossido

Acqua Glucosio Ossigenogassoso

FOTOSINTESI

Luce

clorofilla



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■ I cloroplasti contengono diversi pigmenti

- Clorofilla a

- Clorofilla b

- Carotenoidi

Figure 7.7

5.2 Carboidrati



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Spettro Visibile(Vis) del b-carotene

b-carotene

400 500 600 700 nm

Spettro visibile

5.2 Carboidrati

11 legami C=Clmax 460 nm e 139.000

− Assorbe luce visibile nell’intervallo 400-500 nm (blu-

indaco) e lascia passare le altre radiazioni (giallo-

rosso)


beta_carotene.msv


A.A. 2017-2018


141615

13

N23

N24 11

4 6

91

19

12

N21

N22

3

10

5

20

2

7

8

17

18

O

O

O

OO

Mg

5.2 Carboidrati

▪ Clorofilla a: gruppo metilico –CH3 in C-7 ▪ Clorofilla b: gruppo formilico –CHO in C-7

Anello porfirinico

aromatico, con

4n+2 e- P (18)

delocalizzati

Fitolo

■ La clorofilla è il pigmento più diffuso sulla Terra e serve come “trappola per la luce” e come cromoforo per il trasferimento

dell’energia negli organismi fotosintetici.

141615

13

N23

N24

11

4 6

91

19

12

N21

N22

3

10

5

20

2

7

8

17

18

O

O

O

OO

R

Mg

O


8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/chlorophyll.dsv


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▪ I diversi pigmenti assorbono la luce a diverse lunghezze d’onda

5.2 Carboidrati

− Le clorofille assorbono luce visibile nell’intervallo 400-500 nm (blu-indaco) e 600-700 nm (rosso) e lasciano

passare la luce verde tra 500 e 600 nm.

Spettri di assorbimento Spettro di azione della fotosintesi

Lunghezza d’onda (nm)

As

so

rba

nza

Ve

loc

ità

re

lati

va

di

foto

sin

tes

i

Clorofilla b

Clorofilla a

b-carotene



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− Le reazioni luce-dipendenti convertono l’energia

della luce (assorbita dalla clorofilla) in energia

chimica producendo ATP e NADPH e liberando O2

− Il ciclo di Calvin produce il glucosio dalla CO2

− L’ATP fornisce l'energia per le reazioni di sintesi

− Il NADPH fornisce gli elettroni per la riduzione

della CO2

Luce Cloroplasto

Reazioniluce-

dipendenti

Ciclo diCalvin-Benson

NADP

ADP+ P

Zucchero usato per:

• Respirazionecellulare

• Cellulosa

• Amido

• Altri composti

organici

GlucosioO2

CO2


http://it.wikipedia.org/wiki/Fotosintesi_clorofilliana

http://it.wikipedia.org/wiki/Ciclo_di_Calvin


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5.2 Carboidrati■ Le basi della fotosintesi: ciclo di Calvin-Benson

− Ciclo riduttivo del pentoso fosfato o ciclo C3. E’ un processo metabolico ciclico che avviene nello stroma del cloroplasto e che

utilizza ATP e NADPH provenienti dalla fase luce-dipendente per sintetizzare glucosio. L’atomo di carbonio del carbonio biossido

CO2 è «fissato» a una molecola a 5 atomi di carbonio, il ribulosio 1,5-bisfosfato, per azione dell’enzima RuBisCO (ribulosio-

1,5-bisfosfato carbossilasi ossigenasi); la serie di reazioni successive, che utilizzano gli idrogeni del NADPH, permettono la

sintesi del glucosio.

− Prodotti del ciclo:

− Equazione complessiva

− 6 CO2 + 12 NADPH + 10 H2O + 18 ATP → 2 gliceraldeide-3-fosfato (G3P) + 4 H+

+ 12 NADP+ + 18 ADP + 16 Pi (fosfato inorganico) → → → glucosio C6H12O6

− I prodotti di un solo ciclo sono 2 molecole di gliceraldeide-3-fosfato (G3P), 3

ADP e 2 NADP+

− (ADP e NADP+ sono riutilizzati nelle reazioni luce-dipendenti).

− Ogni molecola di G3P è composta da 3 atomi di carbonio. Per continuare il

ciclo, il RuBP (ribulosio 1,5-bisfosfato) deve essere rigenerato. A questo scopo

vengono utilizzati 5 carboni su 6 provenienti da 2 molecole di G3P. In

definitiva, in ogni giro è fissato 1 solo atomo di carbonio (CO2).

− Per creare un eccesso di G3P sono necessari 3 atomi di carbonio e, quindi, 3

giri completi del ciclo.

− Pertanto, per ottenere una molecola di glucosio, che è sintetizzata da 2

molecole di G3P, sono necessari 6 giri del ciclo di Calvin-Benson. L’eccesso

di G3P può essere utilizzata per formare altri carboidrati come saccarosio,

amido e cellulosa, a seconda del fabbisogno della pianta.b-D-Glucopiranosio

45 O

12

3

HOH

HH

H

H

OHOH

OH

6

OH

RS

R R

R

Fase 1:

Fissazione

del Carbonio

Ribulosio 1,5-bisfosfato

Ribulosio 5-fosfato

Carbonio

diossido

3-fosfoglicerato

3-fosfoglicerato

1,3-bisfosfoglicerato

Fosfato inorganico

Gliceraldeide 3-fosfato

(G3P)

Via metabolica

centrale


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Calvin-cycle4.svg

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/D-beta-glucosio.spartan


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5.2 Carboidrati■ Stereoisomeria dei carboidrati: convenzione di Fisher o D,L

− Secondo questa convenzione i vari composti si dicono D o L a seconda che siano correlati alla D o alla L-gliceraldeide.

D-(+)-gliceraldeide L-(-)-gliceraldeide

CHO

OH

OHH2C

H

CHO

H

OHH2C

OH

CHO

H

OHH2C

OH

CHO

OH

OHH2C

H

Zuccheri della serie Dtra i componenti degli acidi nucleici DNA e RNA

D-(-)-ribosio

O

OHOH

OH

OH CH2OH

HOH

H OH

H OH

H

O

CHO

CH2OH

H OH

H OH

H OHS

RR

R

**

*



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5.2 Carboidrati■ Interconversione di convenzioni

− In una formula di proiezione di Fisher l’atomo a minore priorità, cioè l’idrogeno, si trova generalmente sopra il piano.

− Pertanto, per passare dalla convenzione D/L a quella R/S è necessario:

a) stabilire le priorità dei sostituenti legati al carbonio chirale;

b) ridisegnare la formula secondo la convenzione R/S, in modo da portare l’atomo di idrogeno dietro il piano e, quindi, assegnare la

configurazione in base alle priorità;

c) oppure, senza ridisegnare la formula, ruotare la formula di Fisher di 90° nel piano (N.B. in senso orario o antiorario è indifferente) in

modo che l’atomo di H, trovandosi verticalmente, è dietro il piano. [N.B. La configurazione è invertita (D à L o L à D)];

d) seguendo l’ordine delle priorità prima definite, si ha “configurazione provvisoria R” se il verso è orario, “configurazione provvisoria S”

se è antiorario: la “configurazione effettiva” è opposta a quella assegnata provvisoriamente.

D-(+)-gliceraldeide

CHO

H

OHH2C

OH

OH

CHO

OHH OHC

H

OHCH2

OH CHO

OHOH HCHO

H

OH CH2

OH

CHO

H

OHH2C

OH

CHO

H

OHH2C

OH

2

14

32

1

4

3

Rotazione di 90° nel pianoRiorientazione secondo convenzione R,S Inversione della configurazione

(configurazione provvisoria S)

2

1

4

3

2

1

4

3R S

S2

1

4

3

S


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5.2 Carboidrati■ Composti con più di un centro asimmetrico

− I composti che contengono 2 o più centri chirali possono esistere in più di due forme stereoisomere.

− Alcune sono coppie di enantiomeri (otticamente attivi); altri sono diastereoisomeri.

− Il numero di stereoisomeri possibili per tali composti è uguale a 2n, dove n è il numero di centri asimmetrici presenti nella

struttura, mentre il numero di racemati è uguale a 2n-1.

Stereoisomeri del 2,3,4-tridrossibutanale

diastereoisomeridiastereoisomeri

OH

HOH2C

H

OH

CHO

H

R S

CH2OH

OH

H

OHC

OH

H

SR

OH

HOH2C

H

OH

CHO

H

R R

CH2OH

OH

H

OHC

OH

H

SS

OH

CH2OH

H

H

CHO

OH

H

CH2OH

OH

OH

CHO

H

OH

CH2OH

H

OHH

CHO

H

CH2OH

OH

H

CHO

OH

D-eritrosio

≡ ≡

≡ ≡

L-eritrosio

D-treosio L-treosio

enantiomeri

enantiomeri

racemato

racemato


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5.2 Carboidrati■ Composti con più di un centro asimmetrico

− Nei composti con 2 o più centri chirali sostituiti in modo identico alcune coppie sono simmetriche e quindi inattive.

− In tali casi la regola 2n non è valida.

− I composti simmetrici sono detti composti meso e sono otticamente inattivi.

Stereoisomeri dell’acido tartarico

Stessa struttura

enantiomeri

diastereoisomeridiastereoisomeri

OH

HOOC

H

OH

COOH

H

S S

COOH

OH

H

HOOC

OH

H

RR

OH

HOOC

H

OH

COOH

H

S R

COOH

OH

H

HOOC

OH

H

RS

OH

COOH

H

H

HOOC

OH

H

COOH

OH

OH

HOOC

H

OH

COOH

H

OH

HOOC

H

H

COOH

OH

H

HOOC

OH

meso-tartarico

≡ ≡

≡ ≡

D(-)-tartarico L(+)-tartarico

meso-tartarico

racemato


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5.2 Carboidrati■ Composti con più di un centro asimmetrico (N. di stereoisomeri 2n)

Configurazione dei D-AldosiCHO

H

OHH2C

OH D-(+)-gliceraldeide

OH

CH2OH

H

H

CHO

OH

OH

CH2OH

H

OHH

CHO

D-(-)-eritrosio D-(-)-treosio

CHO

CH2OH

OH H

H OH

H OH

CHO

CH2OH

OH H

OH H

H OH

CHO

CH2OH

H OH

OH H

H OH

CHO

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H OH

CHO

CH2OH

H OH

H OH

H OH

H OH

CHO

CH2OH

H OH

OH H

OH H

H OH

CHO

CH2OH

H OH

H OH

OH H

H OH

CHO

CH2OH

OH H

OH H

H OH

H OH

CHO

CH2OH

OH H

H OH

H OH

H OH

CHO

CH2OH

OH H

OH H

OH H

H OH

CHO

CH2OH

OH H

H OH

OH H

H OH

D-(-)-Ribosio D-(-)-Arabinosio D-(+)-Xilosio D-(-)-Lixosio

D-(+)-Allosio D-(+)-Altrosio D-(+)-Glucosio D-(+)-Mannosio D-(-)-Gulosio D-(+)-Idosio D-(+)-Galattosio D-(+)-talosio

CHO

CH2OH

H OH

H OH

H OH

Per ogni serie (C4, C5, C6) tra i diversi zuccherivi è una relazione diatereoisomerica, cioè sonotutti composti diversi.Per convenienza, due zuccheridiastereoisomeri che differiscono per un solostereocentro si dicono epimeri.


A.A. 2017-2018


5.2 Carboidrati■ Composti con più di un centro asimmetrico (N. di stereoisomeri 2n)

Configurazione di alcuni D-ChetosiCH2

OHCH2

O

OH

OH

CH2OH

O

CH2 OH

D-Eritrulosio

CH2

CH2OH

O

OH H

H OH

OH

CH2

CH2OH

O

OH H

H OH

H OH

OHCH2

CH2OH

O

H OH

H OH

H OH

OH CH2

CH2OH

O

H OH

OH H

H OH

OH CH2

CH2OH

O

OH H

OH H

H OH

OH

D-Ribulosio D-Xilulosio

D-Psicosio D-Fruttosio D-Sorbosio D-Tagatosio

CH2

CH2OH

O

H OH

H OH

OH

1,3-Diidrossipropan-2-one

o diidrossiacetone (DHA)

……………….

………………. ……………….

………………. ………………. ………………. ……………….


A.A. 2017-2018


5.2 Carboidrati■ Zuccheri: tautomeria ciclo-catena aperta del D-glucosio

− Gli zuccheri esistono prevalentemente come molecole cicliche, dette anomeri; possono formare eterocicicli a 5 e/o 6

termini, che possono essere considerati derivati del tetraidrofurano e del tetraidropirano.

− Gli anomeri sono diastereoisomeri delle forme cicliche emiacetaliche dei relativi zuccheri e differiscono solo per la

configurazione a C-1 in un aldoso o a C-2 in un 2-chetoso.

1

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H OH

OH

D

D-Glucosio

1

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H

OH H

O

-D-Glucopiranosio

1

CH2OH

H OH

OH H

H

H

OH H

OH

O

-D-Glucofuranosio

1

O

OHOH

OH

OH

OH

O

1

OHOH

OH

OH

OH

≡ ≡

0,02 % > 99,8%< 0,2 %

CH2

2

CH2OH

O

OH H

H OH

H OH

OH

D

D-Fruttosio

2

H

OH H

H OH

H OH

H

OH CH2

O

OH

-D-Fruttopiranosio

2

CH2

OH H

H OH

H

OH CH2

OH

O

OH

-D-Fruttofuranosio

2

O

OH

OH

OH

OHOH

O2

OH

OH

OH

OH

OH

≡ ≡

70%22%


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5.2 Carboidrati

b-D-glucopiranosio o b-D-glucosio

(2R,3R,4S,5S,6R)-6-(idrossimetil)tetraidro-2H-piran-2,3,4,5-tetraolo

O

OH

OH

OH

OH

OH

R

SS

R

R

b-D-ribofuranosio o D-ribosio(2R,3R,4S,5R)-5-(idrossimetil)tetraidrofuran-2,3,4-triolo

(costituente del RNA)

b-D-3-deossiribofuranosio o D-deossiribosio(2R,3R,4S,5R)-5-(idrossimetil)tetraidrofuran-2,3,4-triolo

(costituente del DNA)

OHO

OH

OHOH

OOH

OHOH

OH

R

S

R

R

OHO

OH

OH

OHO

OH

OH

R

S

R

■ Zuccheri

− Gli aldoesosi (es. glucosio) e gli aldopentosi (es. ribosio) formano rispettivamente cicli a 6 e 5 termini, che si possono

considerare come derivati del tetraidropirano e del tetraidrofurano.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/a/af/Glucopyranose_Conformations_(linear_format).png


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5.2 Carboidrati■ Zuccheri: tautomeria ciclo-catena aperta del D-glucosio

− La reazione di ciclizzazione negli aldoesosi (es. glucosio), porta alla formazione di cicli a 6 e/o 5 termini derivati dal tetraidropirano o daltetraidrofurano; è dovuta all’attacco nucleofilico al gruppo -CH=O degli -OH in C-5 o C-4. Gli aldopentosi (es. ribosio) formano principalmentecicli a 5 termini.

D-Glucosio

b-D-Glucopiranosio

45 O

12

3

HOH

HH

H

H

OHOH

OH

6

OH

eq.

anomero

RS

R R

R

a-D-Glucopiranosio

≡

≡

45 O

12

3

OHOH

HH

H

H

HOHOH

6OH

ass.

anomero

RS

R R

S

5 O

1

23

4

H

HH

H

OHOH

H OH

OH

6OH

RS

R

R

R

5 O

1

23

4

OH

HH

H

OH

OH

H OH

H

6 OH

RS

R

R

Sformula di Fisher

Conformazioni a sediaformule di Haworth1

2345HOH2C

H

OH

OH

H

H

OH

H

OHO

H

RSRR

1

2

3

4

5

CH2OH6

H OH

OH H

H OH

H OH

OH

R

S

R

R

Rotaz.

90° dx

5 OH

1

23

4 HHH

OH

OH

H OH

O

6

OH

RS

R

R

5 OH

1

23

4 HHH

OH

OH

H OH

O

6

OH

RS

R

R

≡

≡1

2

O

3

5

4

OH

OH

OH

OH

6

OHR

RS

R

R

1

2

O

3

5

4

OH

OH

OH

OH

6

OHS

RS

R

R

Formule prospettiche

formazione anomero b

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/D-beta-glucosio.spartan

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/D-alfa-glucosio.spartan


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5.2 Carboidrati■ Zuccheri: mutarotazione

− La mutarotazione è il cambiamento di attività ottica che si osserva quando uno zucchero in soluzione acquosa si

trasforma nel suo anomero fino al raggiungimento dell’equilibrio.

− Il raggiungimento dell’equilibrio è accelerato sia dagli acidi che dalle basi. All’equilibrio il glucosio ha [a]D = 52.7°.

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H OH

OH

R

S

R

R

D-(+)-Glucosio

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H

OH H

O

b-D-Glucopiranosio

a-D-Glucopiranosio

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H

H OH

O

[a]D = 18.7°

63.6%

[a]D = 112°

36.4%

[a]D eq. = (112° x 36.4)/100 + (18,7°

x 63.6)/100 = 40,768 + 11,8932 = 52,6612 = 52,7°


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Legame glicosidico: disaccaridi e polisaccaridi

5.2 Carboidrati

Disaccaridi

Lattosio

Es. Cellulosa - E’ un polimero lineare che

è la componente strutturale principale

delle pareti cellulari delle piante; contiene

da 2.500 a 15.000 unità di D-glucosio

legate con legami b-glicosidici tra i

carboni 1 e 4.

Saccarosio

Polisaccaridi

45 O

123

OOH

HH

H

H

HOHOH

6OH

45 O

12

3

HOH

HH

H

H

OHOH

6

OH

D-glucopiranosio

anomero

RS

R R

S D-glucopiranosio

anomero

RS

RR

Rlegame

glicosidico

b-Maltosio - Zucchero di malto. Si ottieneper scissione ezimatica dell’amido conamilasi.

legame

glicosidico

D-glucopiranosio

anomero D-glucopiranosio

anomero

O

4 O

HOH

HH

H

H

OHOH

OHO

1

OH

HH

H

H

OHOH

OH

H

Cellobiosio - Si ottiene per scissioneenzimatica o idrolisi acida dellacellulose.

D-glucopiranosio

anomero

RS

R R

S D-fruttofuranosio

anomero

45 O

123

OOH

HH

H

H

HOHOH

6OH

5

O

4

2

3

OH

OH

6OH

1

OH

D-galattopiranosio

anomero

D-glucopiranosio

anomero

O

O

HOH

HH

H

H

OHOH

OHO

OH

HH

OH

H

OHH

OH

H

OO

HOH

HH

H

H

OOH

OHO

OH

HH

H

H

OHO

OH

H

O

O

HOH

HH

H

H

OOH

OHO

OH

HH

H

H

OH

OH

Hlegame

glicosidico

legame

glicosidico

legame

glicosidico

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/Cellobiosio.spartan

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/Saccarosio.spartan

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/cellulosa.spartan


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■ Legame glicosidico: polisaccaridi ciclici

5.2 Carboidrati

Spacefilling

Ciclodestrine alfa, beta e gamma (tratto da Wikipedia; formule di struttura generate con ChemSketch e Spartan ‘14)

− Le ciclodestrine (CyD o CD) sono oligosaccaridi ciclici naturali formati rispettivamente da 6 (alfa), 7 (beta) o 8 (gamma)monomeri di D-(+)glucopiranosio uniti tra loro con un legame α-1,4-glucosidico e chiusi ad anello. Vengono prodotte perdegradazione dell’amido da parte del batterio Bacilus amylobacter, che utilizza l'enzima ciclodestrina-glucanotrasferasi(CGTasi).

− Hanno struttura cava a tronco di cono.

− Differiscono per la grandezza dell'anello, della cavità (5,7, 7,8 e 9,5 Å) e per la solubilità in acqua (18,5 g/l per la β, 145g/l per l'α e 232 g/l per la γ). A t.a. si presentano come una polvere bianca cristallina inodore e dal sapore poco dolce.

a-ciclodestrina

Ball&stick

OOH

OH

O

OHO

OHOH

OOH

OOH

OH

O

OH

O

OH

OH

O

OHO

OHOH

OOH

OOH

OH

O

OH

O OH

OH

O

OH

O

OH

OHO

OH

O

OH

OH

O

OH

O OH

OH

O

OH

O

OH

OHOOH

O

OH

OH

OOH

A linee

https://it.wikipedia.org/wiki/Ciclodestrina

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/alpha_cyclodextrin.spartan


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5.2 Carboidrati■ Legame glicosidico: polisaccaridi ciclici

b-ciclodestrina g-ciclodestrina

− Ciclodestrine alfa, beta e gamma (tratto da Wikipedia; formule di struttura generate con Spartan ‘14)− La struttura tridimensionale presenta i gruppi ossidrilici sui bordi esterni, mentre nella cavità sono presenti solo atomi di

idrogeno e ponti ossigeno. La cavità centrale è idrofobica, mentre i bordi esterni sono idrofilici. Per queste caratteristichestrutturali le ciclodestrine possono includere molecole idrofobe all'interno della cavità e sono solubili in acqua. Pertantofanno aumentare la solubilità in acqua delle sostanze idrofobe ospitate nella cavità.

− Le molecole devono avere polarità e dimensioni opportune per essere ospitate nella cavità della ciclodestrina, in modo daformare un complesso di inclusione (host-guest). Le molecole incluse possono essere alifatiche (lineari o ramificate),aldeidi, chetoni, alcoli, acidi organici, acidi grassi, alogenuri, molecole aromatiche, gas, ossiacidi e ammine, farmaci,colesterolo e steroidi, ecc..

OH

OHO

O

OH

OH

OH

O

O

OH

OH

OH

O

O

OH

OHOH

OO

OH OH

OHO

OOH

OH

OH

O

O

OH

OH

OH

O

OOH

OHOH

OO

OH

Complesso b-ciclodestrina-mentolo

https://it.wikipedia.org/wiki/Ciclodestrina

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/beta-cyclodextrin_menthol.spartan


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5.2 Carboidrati■ Reazioni - La struttura del glucosio (C6H12O6) e di altri aldoesosi fu determinata mediante semplici reazioni chimiche.

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H OH

OH

[ossidazione blanda]

(Br2 in H

2O)

t

HCN

- HCN

[ossidazione energica]

(HNO3 dil.)

Piridina

(CH3CO)

2O

eccesso

C6H12O6

CH2

CH2OH

H OH

HO H

H OH

H OH

OH

NaBH4C6H14O6

CH2

CH2OAc

H OAc

AcO H

H OAc

H OAc

OAc

C18H26O12

C6H14

CHO

CH2OAc

H OAc

AcO H

H OAc

H OAc

C6H22O11

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H OH

OHH

N

C7H13O6N

COOH

CH2OH

H OH

OH H

H OH

H OH

C6H12O7

HI

Piridina

(CH3CO)

2O

eccesso

COOH

COOH

H OH

OH H

H OH

H OH

C6H10O8

Glucosio

cianoidrina

Acido

Gluconico

Acido

Glucarico

Sorbitolo

Glucosio

pentaacetato

Sorbitolo

esaacetato

Esano

I saccaridi sono scissi in modo estensivo per mezzo

di acido periodico HIO4 per la presenza dei dioli

vicinali. Questa scissione ossidativa, nota come

reazione di Malaprade è utile soprattutto per l’analisi

dei derivati Ossigeno-sostituiti dei saccaridi, poiché le

funzioni etere non reagiscono.

Conferma la presenza di

cinque gruppi os-

sidrilici legati

singolarmente agli ultimi

cinque atomi di carbonio

e l’assenza di ossidrili

geminali (gem-dioli) che

sono instabili e perdono

acqua per dare un

gruppo aldeidico.

Rimozione riduttiva

dei gruppi funzionali

ossigenati per

reazione con acido

iodidrico HI a caldo,

per dare esano (resa

bassa): dimostra la

presenza di una

catena di 6 carboni

non ramificata .

Le tre reazioni

confermano la presenza

del gruppo carbonilico

aldeidico.

Riduzione del

gruppo aldeidico

e conferma di sei

OH.

Conferma

la catena

di sei

carboni.

OH

OH

OH

OHO

OH

+ 5 HIO4CH2 O

glucosio

formaldeide

+ 5 HCOOH + 5 HIO3

acidoformico


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5.3 Lipidi



A.A. 2017-2018


5.3 Lipidi

- Neutri

- Fosfogliceridi

- Sfingolipidi

- Steroidi

- Prostaglandine

- Cere

- Terpeni

- Lipoproteine

- Glicolipidi

Lipidi (McMurry, cap. 27)− Sono un vasto gruppo di sostanze di origine biologica, la cui struttura è caratterizzata dalla presenza di una estesa porzione

idrocarburica che le rende solubili in solventi non polari. Sono rappresentati da lipidi saponificabili, cioè idrolizzabili in ambiente

basico, come i gliceridi (grassi e olii) e i fosfolipidi, e da lipidi non saponificabili (in particolare steroidi e terpeni).

Tipi di lipidi

- Saturi

- Insaturi

Acidi grassi Gliceridi

Non gliceridiLipidi complessi

COOH

Acido stearico

COOH

Acido oleicoGliceride Fosfogliceride

O

O O

R1

OO

R2

O

R3

O

O O

R1

OO

R2

PO

O-

O Z


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5.3 Lipidi Funzioni dei lipidi

- Struttura della membrana cellulare (fosfogliceridi)

- Creare una barriera per la cellula.

- Controllare il flusso di materiale.

- Sfingolipidi e Glicolipidi

- Presenti nelle membrane cellulari e nei tessuti nervosi.

- Immagazzinamento di energia (trigliceridi)

- Grassi e olii con funzione di riserva, conservati rispettivamente nei tessuti animali (tessuto adiposo) e vegetali.

- Ormoni e Vitamine

- Ormoni: regolano la comunicazione tra cellule.

- Vitamine: coadiuvano nella regolazione dei processi biologici.

- Prostaglandine

- Stimolazione dei muscoli sottili, regolazione della produzione di steroidi, inibizione di ormoni, regolazione della trasmissione

nervosa, sensazione del dolore, mediazione della risposta infiammatoria.

- Cere

- Funzione di protezione della pelle dei vertebrati, dell’esoscheletro degli insetti, delle foglie e dei frutti nei vegetali.

- Terpeni

- Molto diffusi nei vegetali e negli animali (olii essenziali, ormoni, fitoregolatori).


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5.3 Lipidi Acidi grassi: acidi monocarbossilici ottenuti per idrolisi di grassi ed olii.

- Quasi tutti hanno un numero pari di atomi di carbonio compreso tra 10 e 20 che formano una catena lineare.

- Gli acidi più abbondanti in natura sono l’acido palmitico (C16), stearico (C18) e oleico (C18).

- Negli acidi grassi insaturi prevalgono gli isomeri con configurazione Z (cis).

- Gli acidi insaturi hanno punti di fusione minori di quelli dei corrispondenti composti saturi.

COOH12

3

17

16

5

6

11

4

10 9

15

8

712

13

14

18

acido oleico

COOH1

2

3

16

5

6

11

410

915

8

7

12

13

14

acido palmitico

COOH1

2

317

16

5

6

11

410

915

8

7

12

13

1418

acido stearico

https://it.wikipedia.org/wiki/Acidi_grassi


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5.3 Lipidi Nomenclatura degli acidi grassi

− In letteratura sono usati diversi sistemi di nomenclatura. Nella tabella sono descritti quelli più comuni.

Sistema di nomenclatura Esempio Descrizione

Generico

(o nomi comuni) Acido palmitoleico

I nomi generici sono nomi storici non sistematici, usati più di frequente in letteratura. Gli acidi grassi più comuni oltre al

loro nome generico hanno anche un nome sistematico (vedi dopo). I nomi generici non seguono alcuno schema ma sono

brevi e non ambigui. Spesso richiamano la fonte animale o vegetale di provenienza del lipide.

Sistematico

(or nomi IUPAC) Acido (9Z)-ottadec-9-enoico

Applica le regole IUPAC per la nomenclatura in Chimica Organica pubblicate 1979, insieme a una raccomandazione

particolare per i lipidi pubblicata nel 1977. La numerazione parte dal carbonio dell’acido carbossilico. Dove necessario,

per indicare la configurazione dei doppi legami si usa la notazione cis-/trans- o E-/Z-.

Questa notazione è generalmente più dettagliata di quella generica, ma è scientificamente più chiara e descrittiva.

Δx (o delta-x) Acido cis,cis-Δ9,Δ12

ottadecadienoico

Ogni doppio legame è indicato con Δx, ed è localizzato sul ximo legame carbonio–carbonio a partire dal gruppo

carbossilico. Ogni doppio legame è preceduto dal prefisso cis- o trans-, che indica la sua configurazione. Per esempio,

l’acido linoleico è designato “acido cis,cis-Δ9,Δ12 ottadecadienoico".

Questa nomenclatura ha il vantaggio di essere meno dettagliata di quella IUPAC, ma è altrettanto chiara e descrittiva.

n−x

(n meno x; anche ω−x

o omega-x)

n−3

Fornisce il nome dei singoli composti e le indicazioni sulle loro probabili proprietà biosintetiche negli animali. La

posizione di un doppio legame è localizzato sul ximo legame carbonio–carbonio, a partire dal metile terminale della

catena idrocarburica (designato come n o ω). Per esempio,l’acido α-linolenico è classificato come un acido grasso n−3 o

omega-3, che probabilmente condivide la stessa via biosintetica con altri composti di tipo omega-3. La notazione "omega“,

ω−x o omega-x, molto popolare nella letteratura nutrizionale, è sconsigliata dalla IUPAC nell’impiego nei documenti

scientifici, a favore di quella n−x. Quelle degli acidi grassi n−3 ed n−6 sono le vie biosintetiche più studiate.

Numeri di lipide

C:D (x c/z)18:1(9c)

Assume la forma C:D (x c/z), dove C è il numero di atomi di carbonio dell’acido grasso; D è il numero di doppi legami -

se sono più di uno, si suppone che siano separati da una unità metilenica CH2. Per evitare ambiguità è possibile indicare, tra

parentesi, al posto di x la posizione di uno o più doppi legami secondo la IUPAC e con c/z la configurazione cis- o trans-

degli stessi.


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5.3 Lipidi


Nomenclatura degli acidi grassiEsempi di acidi grassi insaturi

Nome Comune Formula condensata Δx C:D n−x

Myristoleic acid CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 14:1 n−5

Palmitoleic acid CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 16:1 n−7

Sapienic acid CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH cis-Δ6 16:1 n−10

Oleic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 18:1 n−9

Elaidic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH trans-Δ9 18:1 n−9

Vaccenic acid CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH trans-Δ11 18:1 n−7

Linoleic acid CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH cis,cis-Δ9,Δ12 18:2 n−6*

Linoelaidic acid CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH trans,trans-Δ9,Δ12 18:2 n−6

α-Linolenic acid CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH cis,cis,cis-Δ9,Δ12,Δ15 18:3 n−3*

Arachidonic acid CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH cis,cis,cis,cis-Δ5Δ8,Δ11,Δ14 20:4 n−6

Eicosapentaenoic acidCH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3

COOHcis,cis,cis,cis,cis-Δ5,Δ8,Δ11,Δ14,Δ17 20:5 n−3

Erucic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH cis-Δ13 22:1 n−9

Docosahexaenoic acidCH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH

=CH(CH2)2COOHcis,cis,cis,cis,cis,cis-Δ4,Δ7,Δ10,Δ13,Δ16,Δ19 22:6 n−3

*Essenziali per gli esseri umani e altri animali che devono ingerirli con la dieta, perché non sono sintetizzati dall’organismo e sono necessari per un buono

stato di salute.

https://en.wikipedia.org/wiki/Myristoleic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Palmitoleic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Sapienic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Oleic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Elaidic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Vaccenic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Linoleic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Linoelaidic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha-linolenic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Arachidonic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Eicosapentaenoic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Erucic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Docosahexaenoic_acid


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5.3 Lipidi Nomenclatura degli acidi grassi

18:1 (9c)

Numero atomi

CarbonioNumero

doppi legamiPosizione

doppi legami

Stereochimica

doppi legami

COOH12

3

17

16

5

6

11

4

10 9

15

8

712

13

14

18

IUPAC: acido (9Z)-ottadec-9-enoico

- acido cis-9 ottadecenoico

- acido oleico

- n-9 o w-9

Esempi: acido oleico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH;

acido linolenico CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

COOH12

3

17

16

5

6

11

4

10 9

15

8

712

13

14

18

18:3 (9c,12c,15c)

IUPAC: acido (9Z,12Z,15Z)-ottadeca-9,12,15-trienoico

- acido cis,cis,cis-Δ9,Δ12,Δ15 ottadecenoico

- acido linolenico

- n-3 o w-3


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5.3 Lipidi Proprietà chimico-fisiche

Acidi grassi più abbondanti nei grassi, negli olii e nelle membrane biologiche

Nome Comune Formula condensata C:D p.f. °C

Acidi saturi

Lauric acid CH3(CH2)10COOH 12:0 43,8

Myristic acid CH3(CH2)12COOH 14:0 54,4

Palmitic acid CH3(CH2)14COOH 16:0 62,9

Stearic acid CH3(CH2)16COOH 18:0 69,3

Arachidic acid CH3(CH2)18COOH 20:0 75,5

Acidi insaturi

Palmitoleic acid CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH 16:1 −0,1

Oleic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 18:1 13-14

Linoleic acid CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 18:2 − 5

α-Linolenic acid CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 18:3 − 11

Arachidonic acid CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH 20:4 − 49

https://en.wikipedia.org/wiki/Lauric_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Myristic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Palmitic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Stearic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Arachidic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Palmitoleic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Oleic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Linoleic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha-linolenic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Arachidonic_acid


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5.3 Lipidi Gliceridi

Sono esteri del glicerolo (propan-1,2,3-triolo) con gli acidi grassi.

In base al numero e alla posizione dei gruppi acilici, sono suddivisi in:

- Trigliceridi

- 1,2- o 1,3-digliceridi

- 1- o 2-monogliceridi

I singoli gliceridi possono essere indicati anche come mono-, di-, tri-O-acilgliceroli.

In generale, il nome comune glicerolo è consentito nella nomenclatura dei composti organici; è anche mantenuto nel campo dei prodotti naturali,

soprattutto nella nomenclatura dei lipidi.

In particolare, le proprietà fisiche dei gliceridi dipendono dalla componente degli acidi grassi.

Il p.f.:

- aumenta con l’aumentare del numero di atomi di carbonio della catena idrocarburica;

- diminuisce all’aumentare del grado di insaturazione.

Glicerolo

OH

OH OH

Trigliceride

O

O O

R1OO

R2

O

R3

O

O O

H3C(H2C)16 OO

(CH2)16CH3

O

(CH2)16CH3 IUPAC propan-1,2,3-triil triottadecanoato

o tri-O-ottadecanoilglicerolo

o gliceril tristearato


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5.3 Lipidi Trigliceridi: grassi e olii.

- I trigliceridi ricchi di acido palmitico, stearico e altri acidi grassi saturi sono generalmente solidi o semisolidi a temperatura ambiente (t.a.) -

Grassi.

- Grassi animali: 40-50% acidi grassi saturi.

- I trigliceridi ricchi di acido oleico, linoleico e altri acidi grassi insaturi sono liquidi a t.a. - Olii.

- Olii vegetali: 80% acidi grassi insaturi.

- Un’eccezione è costituita dagli olii tropicali (cocco e palma) ricchi in acidi grassi saturi.

- Il p.f. dipende dal numero di atomi di carbonio e dalla disposizione tridimensionale delle catene idrocarburiche.

- I trigliceridi costituiti da acidi grassi saturi hanno una disposizione compatta e p.f. più alto;

- i trigliceridi costituti dai corrispondenti acidi grassi insaturi (cis), con una struttura meno ordinata e meno impaccata, hanno p.f. più

basso.

gliceril tristearato gliceril trioleato


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5.3 Lipidi Proprietà chimico-fisiche

Composizione di alcuni grassi e olii

Fonte

Acidi grassi saturi (%) Acidi grassi insaturi (%)

Laurico 12:0 Miristico 14:0 Palmitico 16:0 Stearico 18:0Oleico 18:1(9c)

n-9

Linoleico 18:2(9c,12c)

n-6

Grassi animali

Lardo - 1 25 15 50 6

Burro 2 10 25 10 25 5

Grasso umano 1 3 25 8 46 10

Grasso di balena - 8 12 3 35 10

Olii vegetali

Noce di cocco 50 18 8 2 6 1

Mais - 1 10 4 35 45

Oliva* - 1 10-12 2-3 70-80 7-10

Arachide - - 7 5 60 20

*http://www.anapoo.it/lolio/la-chimica-dellolio/

http://www.anapoo.it/lolio/la-chimica-dellolio/


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5.3 Lipidi Trigliceridi: idrogenazione catalitica

I doppi legami C=C degli olii vegetali possono essere ridotti per idrogenazione catalitica, in genere effettuata ad alta temperatura e utilizzando un

catalizzatore di nichel o palladio, per produrre grassi saturi solidi o semisolidi, detti margarina.

La margarina si prepara a partire dagli olii di soia, di arachidi o di semi di cotone, riducendoli fino ad ottenere la consistenza desiderata.

Purtroppo, la reazione di idrogenazione, oltre la riduzione, causa l’isomerizzazione cis-trans dei rimanenti doppi legami, producendo dal 10% al 15%

circa di grassi insaturi trans. Il processo di isomerizzazione si verifica anche riscaldando semplicemente l’olio ad alta temperatura, come durante la

cottura degli alimenti per frittura.

L’assunzione con la dieta di acidi grassi trans aumenta i livelli di colesterolo nel sangue, aumentando il rischio di problemi cardio-circolatori.

Esempio: la porzione di acido linoleico è convertita in acido elaidico.

O

OO

OO

O

O

O

O

O

O OH

2/Ni o H

2/Pd

to

O

O

O

O

O O

+

residuo di acido linoleico (18:2)

residuo di acido palmitico (16:0)

residuo di acido oleico [18:1(9c)]

residuo di acido elaidico [18:1(9t)]


residuo di acido stearico (18:0)

olio vegetale

(liquido)

olio vegetale parzialmente (10-15%) e completamente idrogenato

(solido)





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5.3 Lipidi

NaOH/H2O

toOH

OH

OH

O-

O

Na+

O-

O

Na+

O

O-

Na+

+

Trigliceridi: idrolisi basica o saponificazione

L’idrolisi degli esteri e, quindi, dei trigliceridi in soluzione basica è chiamata saponificazione, dal termine latino "sapo", che significa sapone. I

saponi si preparano riscaldando all’ebollizione una soluzione acquosa basica con un grasso animale o un olio vegetale per idrolizzare i legami

esterei.

Molecola di un lipide

base coniugata

dell’acido palmitico

base coniugata

dell’acido linoleico

base coniugata

dell’acido oleico

Glicerolo Saponi

O

OO

OO

O

residuo di acido linoleico

residuo di acido palmitico

residuo di acido oleico


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5.4 Terpeni



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5.4 Terpeni Costituiscono probabilmente la classe più grande e più diversificata di prodotti naturali.

− La maggioranza di questi composti si trova solo nelle piante; alcuni dei terpeni più grandi e più complessi (es. squalene e lanosterolo) si

trovano negli animali.

− Poiché contengono la maggior parte dei gruppi funzionali noti, sono meglio classificati in base al numero dei carboni e alla loro struttura.

− I terpeni possono essere considerati come composti da unità di isoprene (più precisamente isopentano), una regola empirica conosciuta come la

regola dell'isoprene. Per questo motivo, i terpeni solitamente hanno (5C)n unità carboniose (n è un numero intero) e sono suddivisi nel modo

seguente:

− L’isoprene (2-metilbuta-1,3-diene) C5H8, l’unità di base dei terpeni, è un idrocarburo gassoso liposolubile; in natura è emesso dalle foglie di

diverse piante come prodotto secondario del loro metabolismo. Dopo il metano è il più comune composto organico volatile (VOC – volatile

organic compound) presente nell’atmosfera.

Classificazione Unità isopreniche N° di atomi di Carbonio

monoterpeni 2 C10

sesquiterpeni 3 C15

diterpeni 4 C20

sesterterpeni 5 C25

triterpeni 6 C30

https://it.wikipedia.org/wiki/Composti_organici_volatili


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5.4 Terpeni Esempi di monoterpeni (5C)2 = C10

− Nella maggior parte dei terpeni le unità isopreniche sono facilmente identificabili, come evidenziato nella figura dai riquadri colorati.

− Nel caso della canfora le unità isopreniche si sovrappongono in modo tale che è più facile distinguerle colorando le singole catene carboniose, così

come avviene anche per l'alfa-pinene.

Isoprene

Mircene

OH

Geraniolo

O

Carvone

O OH

Acido crisantemico

O

O

Nepetalattone Mentofurano -Pinene Canfora

O O

Mircene

OH

Geraniolo

O

Carvone Acido crisantemico

O

O

Nepetalattone Mentofurano -Pinene Canfora

O O

O OH


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5.4 Terpeni Esempi di sesquiterpeni (5C)3 = C15

OH

Farnesolo Umulene

Ngaione Cariofillene

O

O O

OH

Farnesolo Umulene

Ngaione Cariofillene

O

O O

Isoprene


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5.4 Terpeni Esempi di diterpeni e triterpeni (5C)4 = C20 e (5C)6 = C30

− Il triterpene lanosterolo è un’eccezione alla regola dell'isoprene. E’ un composto di 30 atomi di carbonio in cui si possono identificare sei unità

di isopentano. Tuttavia, dieci atomi di carbonio della parte centrale della molecola non possono essere assegnati secondo la regola. I due

gruppi metilici cerchiati in rosso e blu sono spostati dalle posizioni che assumerebbero nelle unità isoprenoidi originali (contrassegnate da

punti dello stesso colore sullo scheletro).

− Anche altri terpeni che non seguono rigorosamente la regola dell'isoprene presentano riarrangiamenti simili di gruppi alchilici.

Acido abietico Lanosterolo

Squalene

HOHHOOC

H

H

Acido abietico Lanosterolo

Squalene

HOH

H

H

O

OH


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5.4 Terpeni Esempi di diterpeni e triterpeni

− Sono stati identificati anche idrocarburi polimerici derivati da unità isopreniche.

− La gomma naturale, o cauciù, è uno dei composti di questo tipo più noti e usati. Si ritrova in

un certo numero di piante, es. dal dente di leone (Taraxacum officinale) all’albero della

gomma (Hevea brasiliensis), come sospensione colloidale detta lattice.

− La gomma naturale è un polimero polienico, o polisoprenico, in cui tutti i doppi legami

hanno configurazione Z e presentano la reattività tipica dei doppi legami C=C.

− L’addizione di Br2, Cl2 e H2 avviene con un rapporto stechiometrico di una mole di

reattivo per ogni unità isoprenica.

− L’ozonolisi produce una miscela di acido levulinico CH3C(=O)CH2CH2C(=O)OH e

dell’aldeide corrispondente.

− La pirolisi, scissione dei legami causata dal calore, produce isoprene e una miscela di

altri prodotti.

− La gutta-percha, o guttapercha o guttaperca, come la gomma naturale, è un polimero

polienico di origine vegetale (alberi di Isonandra Gutta o Palaquium gutta) in cui tutti i doppi

legami hanno configurazione E.Estrazione del lattice da un alberotropicale. (Wikipedia)

Gutta-percha

Gomma naturale

Z Z Z Z Z Z Z

EEE E E E

Isoprene

Pirolisi


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R = Coenzima A

(CoA)

Gruppi C=Oenantiotopici

OPP

Geranil pirofosfato

OPP

H H

OPP

O

RS

O

O

RS

O

O-

H2O

- CO2

- RSH

O

RS

O

OH

OH[H]

OH

O

OH

OH

Acido R-(-)-mevalonico

PPO

O

O-

O

P

O

O-

OH

Mevalonato-5-pirofosfato

3 ATP

- HPO4=

- CO2

PPO PPO

Isopentenilpirofosfato

Dimetilallilpirofosfato

PO OH

O

O-

P

O

O-

PPO =

Pirofosfato

5.4 Terpeni Biosintesi dei terpeni

− Le catene ramificate e le strutture cicliche dei terpeni e degli steroidi sono costruite mediante reazioni di alchilazione sequenziali delle unità insature diisopentenil pirofosfato, composto, a 5 atomi di carbonio.

La biosintesi (via del’acido mevalonico), catalizzata da enzimi specifici, avviene attraverso i seguenti passaggi che prevedono la formazione diderivati del pirofosfato:

1) addizione aldolica di un malonato a un substrato di acetoacetato;

2) l’idrolisi del tioestere e la riduzione selettiva del risultante gruppo carbossilico portano alla formazione dell’intermedio chiave acido R-(-)-mevalonico;

3) la fosforilazione dell'acido mevalonico a mevalonato-5-pirofosfato e la successiva eliminazione di bifosfato e CO2 general’isopentenil pirofosfato, che è in equilibrio con il suo isomero dimetillallil pirofosfato;

4) Il dimetilallil pirofosfato è alchilato per reazione con l’isopentenil pirofosfato portando alla condensazione di due unità a 5 atomi dicarbonio, producendo il geranil pirofosfato. Questa reazione è alla base della regola empirica dell’isoprene.

3-idrossi-3-metilglutaril-CoA

(sintesi inibita dalle statine negli animali)

(1) (2) (3)

(4)


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− Terpeni ciclici

Geranil pirofosfato

OPP

H H

OPP

OPP

O OH

Acido crisantemico

-Pinene Canfora

O

Legami testa-coda

codatesta

C+

CH+C

+

OPP

Legami non testa-coda

PPO

C+

OPP

H

H

OH

- H+

- PP


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− Biosintesi del lanosterolo

Lanosterolo

Squalene ossido

HOH

O

C+

OH

H+

C+

OH

CH+

OH

C+

OH

HH

H


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5.4 Terpeni Via biosintetica alternativa dei terpeni

− Per molti anni la via dell’acido mevalonico verso l’isopentenil pirofosfato è stata considerata una via biosintetica esclusiva.

− Più di recente, è stata identificata una via alternativa che parte dall’acido piruvico (acido 2-ossopropanoico) e dalla gliceraldeide-3-fosfato.

Marcando selettivamente alcuni atomi di carbonio (in rosso) è stato possibile distinguere facilmente le due vie. La nuova via del DXP (1-

deossixilulosio-5-fosfato) è molto diffusa per la sintesi dei terpenei nei microrganismi e nei cloroplasti.

− Il riarrangiamento del 2-metileritritol-4-fosfato è una trasformazione straordinaria.

Acetoacetil-CoA

CH3

O

SCoA

CH2

O

SCH3

O

CoACH2OH CH2

O

OH

OHCH3

Acido R-(-)-mevalonico

ATP

- CO2 CH2CH2

CH3

OPP


Acetil-CoA

1)

2) NADPH

CH3

O

SCoA

1-deossixilulosio-5-fosfato (DXP)

CH3

O

SCoA

2-metileritritol-4-fosfato

CH2

CH2

CH3

OPP

Acido piruvico

Riarrangiamento riduttivo

CH2

OH

OP

H

O

Gliceraldeide-3-fosfato

+- CO

2 NADPH

CH3

O CH2

OH

OP

OH

OH CH2

OH

OP

OHCH3


P = fosfatoPP = pirofosfato

Via dell’acido

mevalonico

Via del

DXP


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5.5 Amminoacidi e Proteine



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5.5 Amminoacidi e Proteine Convenzione di Fisher o D,L

− Secondo questa convenzione i vari composti si dicono D o L a seconda che siano correlati alla D o alla L-gliceraldeide.

L

D-(+)-gliceraldeide L-(-)-gliceraldeide

CHO

OH

OHH2C

H

CHO

H

OHH2C

OH

CHO

H

OHH2C

OH

CHO

OH

OHH2C

H

L-(+)-alanina

Amminoacidi della serie Lcomponenti delle proteine

COOH

NH2

R

H

COOH

NH2

R

H

COOH

NH2

CH3

H

COOH

NH2

CH3

HNH2

CH3

OOH

H

S

formula generale di un a.a.


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5.5 Amminoacidi e Proteine Amminoacidi della serie L componenti delle proteine

− Gruppo R non polare o idrofobico

Glicina (Gly/G) Alanina (Ala/A) Valina (Val/V) Leucina (Leu/L)

Prolina (Pro/P) Fenilanina (Phe/F) Triptofano (Trp/W) Metionina (Met/M)

COOH

NH2

H

H

COOH

NH2 H

COOH

NH2 H

COOH

NH2 H

COOH

NH2 H

COOH

NH

H

COOH

NH2 H

NH

COOH

NH2 H

S

COOH

NH2 H

Isoleucina (Ile/I)


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5.5 Amminoacidi e Proteine Amminoacidi della serie L codificati nelle proteine

− Gruppo R polare

COOH

NH2 H

NH2 O

COOH

NH2 H

OH

Serina (Ser/S) Treonina (Thr/T) Cisteina (Cys/C)

Tirosina (Tyr/Y) Asparagina (Asn/N)Glutammina (Gln/Q)

COOH

NH2

CH2OH

H

COOH

NH2 H

OH

CH3H

COOH

NH2 H

SH

COOH

NH2 H

NH2

O


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Acido aspartico (Asp/D) Acido glutammico (Glu/E)

Lisina (Lys/K) Arginina (Arg/R) Istidina (His/H)

a pH 6

Amminoacidi della serie L codificati nelle proteine

− Gruppo R polare carico negativamente a pH 6-7

− Gruppo R polare carico positivamente

COOH

NH2 H

NH2

COOH

NH2 H

NH

NH2 NH

COOH

NH2 H

HOOC

COOH

NH2 H

HOOC

COOH

NH2 H

N

NH


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Caratteristiche strutturali dei 20 a.a. delle proteine

− Sono tutti a-ammino acidi

− Per 19 dei 20 a.a., l’ a-ammino gruppo è primario, mentre nella la prolina è secondario

− Ad eccezione della glicina, il carbonio a- di ogni a.a. è uno stereocentro della serie L (S)

− L’isoleucina e la treonina hanno un secondo stereocentero e possono avere 22=4 stereoisomeri; gli a.a. naturali hanno,rispettivamente, (2S,3S)-isoleucina e (2S,3R)-treonina.

− Il gruppo solfidrilico – SH (pKa 8.3) della cisteina, il gruppo imidazolico (pKa 6.0) dell’istidina e l’ossidrile fenolico(pKa 10.1) della tirosina sono parzialmente ionizzati a pH 7.0, ma la forma ionica non è quella predominante a questo pH.

COOH

NH2 H

Isoleucina (Ile/I) Treonina (Thr/T)

COOH

NH2 H

OHH

Cisteina (Cys/C)

COOH

NH2 H

SH

Istidina (His/H)

COOH

NH2 H

N

NH

COOH

NH2 H

OH

Tirosina (Tyr/Y)


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Equilibrio di ionizzazione degli amminoacidi

forma amfiionica forma anionicaforma cationica

COOH

CNH2

R

H

COOH

CNH3+

R

H

Ka2

C

CNH2

R

H

O-

O

Ka1

C

CNH3+

R

H

O-

O

▪forma

▪zwitterionica

▪forma

▪cationica

▪forma

▪anionica


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Equilibrio di ionizzazione degli amminoacidi

+H3N COOHpKa = 2.34

+H3N COO- H2N COO-

pKa = 9.69

+1 charge 0 charge -1 charge

Isoelectric zwitterion

+H3N COOH

+2 charge

N

NH

H

pKa = 1.82

+H3N COO-

+1 charge

N

NH

H

pKa = 6.04

+H3N COO-

0 charge

N

NH

pKa = 9.17H2N COO-

-1 charge

N

NH


+ +

▪zwitterione isoelettrico

▪carica -1▪carica 0▪carica +1+H3N COOHpKa = 2.34

+H3N COO- H2N COO-

pKa = 9.69

+1 charge 0 charge -1 charge


+H3N COOH

+2 charge

N

NH

H

pKa = 1.82

+H3N COO-

+1 charge

N

NH

H

pKa = 6.04

+H3N COO-

0 charge

N

NH

pKa = 9.17H2N COO-

-1 charge

N

NH


+ +

▪carica +1▪carica +2

▪carica 0 ▪carica -1

▪zwitterione isoelettrico

▪Alanina

▪Istidina


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pH

Equivalenti di OH-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

2,01,51,00,5

+NH3CHRCOOH

NH2CHRCOO-

+NH3CHRCOO-

+NH3CHRCOOH+NH3CHRCOO-

pKa1

pHi

+NH3CHRCOOH

NH2CHRCOO-

pKa2

AmminoacidipKa1

a-COOH

pKa2

a-NH3+

pKR

gruppo R

Glicina 2.34 9.6

Alanina 2.34 9.69

Leucina 2.36 9.60

Serina 2.21 9.15

Treonina 2.63 10.43

Glutamina 2.17 9.13

Acido aspartico 2.09 9.82 3.86

Acido

glutammico2.19 9.67 4.25

Istidina 1.82 9.17 6.0

Cisteina 1.71 10.78 8.33

Tirosina 2.20 9.11 10.07

Lisina 2.18 8.95 10.53

Arginina 2.17 9.04 12.48

pKa CH3COOH = 4,76; pKa CH3NH3+ = 10,61

▪ Curva di titolazione di un amminoacido

equazione di Henderson-Hasselbalch

-Alog

AH

pH pKa

pKa1 pKa2 pKR

a-COOH a-NH3+ gruppo R

Arginina 2,01 9,04 12,48 10,76

Lisina 2,18 8,95 10,53 9,74

Istidina 1,77 9,18 6,10 7,64

Treonina 2,63 10,43 6,53

Prolina 1,99 10,60 6,30

Alanina 2,34 9,69 6,02

Leucina 2,36 9,60 6,02

Isoleucina 2,36 9,68 6,02

Glicina 2,34 9,60 5,97

Valina 2,32 9,62 5,97

Triptofano 2,38 9,39 5,89

Metionina 2,28 9,21 5,74

Serina 2,21 9,15 5,68

Glutamina 2,17 9,13 5,65

Tirosina 2,20 9,11 10,07 5,65

Fenilalanina 1,83 9,13 5,48

Asparagina 2,02 8,80 5,41

Cisteina 2,05 10,25 8,00 5,02

Acido glutammico 2,10 9,47 4,07 3,08

Acido aspartico 2,10 9,82 3,86 2,98

Amminoacidi pHi

■ Valori di pK per i gruppi ionizzabili degli amminoacidi (a 25° C)


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Titolazione dell’istidina con NaOH

pH

Equivalenti di OH-

2

4

6

8

10

12

14

04,03,02,01,00

pHi = 7,64

pK2 = 9,18

pKR = 6,1

pK1 = 1,77

O

NH3

+

N

NH

O-

O

NH3

+

NH

+

NH

OH

O

NH3

+

NH

+

NH

O-

Amminoacido pKa1 a-COOH pKa2 a-NH3+ pKR gruppo R

Istidina 1.77 9.18 6.1

O

NH2

N

NH

O-


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Acidità dei gruppi a-COOH

− Il valore medio di pKa dei gruppi a-carbossilici degli a.a. è 2.19 e ciò li rende acidi molto piu’ forti dell’acido acetico (pKa

4.76).

− La maggiore acidità del gruppo carbossilico degli aminoacidi è dovuto all’effetto induttivo elettron-attrattore (–I) del

gruppo ammonico –NH3+ che stabilizza la base coniugata –COO-.

The ammonium ion has anelectron-withdrawing inductive effect

+pKa = 2.19

NH3+

NH3+

RCHCOO-

RCHCOOH H3 O+

H2 O+

Il gruppo ammonico ha uneffetto elettron-attrattore -I


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Acidità dei gruppi a-NH3

+

− Il valore medio di pKa dei gruppi a-ammonici degli a.a. è 9,47, che è piu’ piccolo del valore di pKa 10,76 di uno ione

alchilammonico secondario.

− La maggiore acidità del gruppo ammonico degli aminoacidi è dovuto all’effetto induttivo elettron-attrattore (– I) del

gruppo carbossilato, che stabilizza la base coniugata –NH2:.

+pKa = 9.47

NH3+ NH2

RCHCOO-

RCHCOO-

+ H2 O H3 O+

pKa = 10.76

NH3+

NH2

CH3 CHCH3 CH3 CHCH3 + H3 O+

+ H2 O

Il gruppo carbossilato –COO- ha un

effetto elettron-attrattore - I


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Basicità del gruppo guanidinico

− La catena laterale dell’arginina contiene un gruppo basico notevolmente piu’ forte di un’ammina alifatica.

− La maggiore basicità del gruppo guanidinico è dovuta all’effetto di maggiore stabilizzazione per risonanza dell’acido

coniugato (gruppo guanidinico protonato) rispetto alla la base coniugata neutra (gruppo guanidinico non protonato).

Stabilizzazione per risonanza del

gruppo guanidinico protonato

+

pKa = 12.48

C

NH2+

CRNH

NH2+

NH2

NH2

RNH CRNH

NH2

NH2

CRN

NH2

NH2

+ H3 O+

H2 O :

:

:

::

:

:

:


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Basicità del gruppo imidazolico

− Il gruppo imidazolico della catena laterale dell’istidina è un’ammina aromatica etrociclica.

− La basicità è dovuta al doppietto elettronico libero dell’atomo di azoto in posizione 3 dell’anello, situato in un orbitale

sp2, che non può essere delocalizzato nell’anello aromatico.

+

this lone pair is not a part of thearomatic sextet; it isthe proton acceptor

pKa 6.04

N

H

NH3+

N

H

CH2 CHCOO-

NH3+

N

H

CH2 CHCOO-

N

+ H3 O+

H2 O

N

N

H

H +

CH2 CHCOO-

NH3+

:

:

::

Questo doppietto elettronico

libero (sp2) non può essere

delocalizzato nell’anello

aromatico

+

this lone pair is not a part of thearomatic sextet; it isthe proton acceptor

pKa 6.04

N

H

NH3+

N

H

CH2 CHCOO-

NH3+

N

H

CH2 CHCOO-

N

+ H3 O+

H2 O

N

N

H

H +

CH2 CHCOO-

NH3+

:

:

::

1

2

3 4

5


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Ionizzazione degli a.a. in funzione del pH

− Dato il valore di pKa di ogni gruppo funzionale (carbossilico, ammonico o catena laterale) presente in un a.a., è possibile

calcolare il rapporto tra la forma protonata e la relativa base coniugata in funzione del pH.

− Ionizzazione del gruppo a-COOH

− Scrivendo la Ka dell’equilibrio precedente e riarrangiando i suoi termini si ha:

[a-COO H]

[a-COO -]Ka =

[ H3O+ ]=

Ka

[a-COO H]

[a-COO -]

[ H3O+ ]or

pKa = 2.00

aCOO-

aCOOH + H3 O++ H2 O

[a-COO H]

[a-COO -]Ka =

[ H3O+ ]=

Ka

[a-COO H]

[a-COO -]

[ H3O+ ]or


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Ionizzazione del gruppo a-COOH

− Sostituendo il valore della Ka (1 x 10-2) e della concentrazione di [H3O+] a pH 7 (1.0 x 10-7) si ha:

− Il valore di 1 x 105 indica che, a pH 7, la [a-COO-] è 100.000 volte piu’ grande della forma non dissociata [a-COOH] e che

il gruppo a-carbossilico è praticamente dissociato al 100% e possiede una carica netta -1.

− Ripetendo il calcolo a valori diversi di pH è possibile determinare il rapporto [a-COO-]/[a-COOH] e la carica netta del

gruppo a-carbossilico ad ogni valore di pH.

=Ka

[a-COO H]

[a-COO -]

[ H3O+ ]= 1.00 x 105

1.00 x 10-7

1.00 x 10-2

=


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Ionizzazione del gruppo a-NH3

+

− Allo stesso modo è possibile calcolare il rapporto [a-NH2]/[a-NH3+] assumendo per il seguente equilibrio un valore della pKa

uguale a 10.

− Riarrangiando i termini della costante di equilibrio Ka si ha:

+pK a = 10.00

aNH2aNH3+

H3 O++ H2 O

[a-NH 2 ]

[a-NH 3+ ]

Ka=[H 3 O+ ]


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Ionizzazione del gruppo a-NH3

+

− Sostituendo il valore della Ka (1 x 10-10) e della concentrazione di [H3O+] a pH 7 (1.0 x 10-7) si ha:

− A pH7 il rapporto [a-NH2]/[a-NH3+] è di circa 1 a 1000.

− Il gruppo a-amminico si trova al 99,9% nella forma protonata e ha una carica netta +1.

[a-NH 2 ]

[a-NH 3+ ]

Ka=[H 3 O+ ]

=1.00 x 10-10

1.00 x 10-7= 1.00 x 10-3


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Equazione di Henderson-Hasselbalch

− Permette di calcolare il rapporto [base coniugata]/[acido debole] dei gruppi funzionali degli a.a. a qualsiasi valore di pH:

− Permette di determinare, ad ogni valore di pH, le % delle forme cariche e non cariche dei diversi gruppi funzionali e la

carica netta di un a.a..

− Esempio: forme della serina a pH 3, 7 e 10.

-Alog

AH

pH pKa

+ +

pH 3.0 pH 7.0 pH 10.0

Net charge +1 Net charge 0 Net charge -1

100% 86% 99% 100% 88% 100%

CH2 OH CH2 OH CH2 OH

H3 N- CH-C- OH H3 N- CH-C- O-

H2 N- CH-C- O-

O O O

▪carica -1▪carica 0▪carica +1


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Punto isoelettrico

− Ogni amminoacido mostra un caratteristico punto isoelettrico, definito come il valore di pH al quale le dissociazioni acida

e basica sono uguali e, quindi, la molecola non presenta una carica netta.

− Il pH del punto isoelettrico (pHi) è uguale a:

− Per esempio, per la glicina (H2N-CH2-COOH) il pHi si può determinare utilizzando i valori noti di pKa: pKa1 a-COOH 2.34, pKa2

a-NH3+ 9.6

− Nel caso degli a.a. che presentano nella catena laterale R un gruppo che può ionizzarsi a sua volta, il pHi è dato dalla

somma/2 dei pKa dei gruppi funzionali simili o che presentano valori di pKa piu’ vicini.

−

− Esempi:

pHi acido aspartico = (pKa a-COOH 2,10 + pKa gruppo R 3,86)/2 = 2,98

pHi lisina = (pKa a-NH3+ 9.04 + pKa gruppo R 10,53)/2 = 9,76

pHi = ½ (2.34 + 9.6) = 5,97

1

i2pH

Ka pKap

2


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ pKa e punti isoelettrici degli a.a. delle proteine in ordine di pHi decrescente

pKa1 pKa2 pKR

a -COOH a -NH3+ gruppo R

Arginina 2,01 9,04 12,48 10,76

Lisina 2,18 8,95 10,53 9,74

Istidina 1,77 9,18 6,10 7,64

Treonina 2,63 10,43 6,53

Prolina 1,99 10,60 6,30

Alanina 2,34 9,69 6,02

Leucina 2,36 9,60 6,02

Isoleucina 2,36 9,68 6,02

Glicina 2,34 9,60 5,97

Valina 2,32 9,62 5,97

Triptofano 2,38 9,39 5,89

Metionina 2,28 9,21 5,74

Serina 2,21 9,15 5,68

Glutamina 2,17 9,13 5,65

Tirosina 2,20 9,11 10,07 5,65

Fenilalanina 1,83 9,13 5,48

Asparagina 2,02 8,80 5,41

Cisteina 2,05 10,25 8,00 5,02

Acido glutammico 2,10 9,47 4,07 3,08

Acido aspartico 2,10 9,82 3,86 2,98

Amminoacidi pH i


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7

6

5

4

3

2

1

0

P.I.

(pH) 14

13

12

11

10

9

8

7

Arg

Lys

His

Pro

Thr

Ile

Ala

Leu

Gly

Val

Trp

Met

Ser

Gln

Phe

Asn

P.I.

(pH)

Glu

Asp

Tyr

Cys

■ Punti isoelettrici degli a.a. delle proteine


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5.5 Amminoacidi e Proteine■ Elettroforesi

− E’ un processo che permette di separare i composti in base alla

loro carica elettrica.

− L’elettroforesi degli a.a. può essere effettuata utilizzando diversi

supporti solidi: carta, amido, agar, alcune sostanze plastiche o

acetato di cellulosa.

− Nell’elettroforesi su gel di agar viene utilizzata, come ponte posto

tra due elettrodi saldati ad una vaschetta di vetro, una striscia di gel

immmerso in una soluzione acquosa tampone con un pH

predefinito.

Apparecchio per gel elettroforesi

Nella vaschetta riempita con la soluzione

tampone è situato un gel di agar al quale

viene applicato un campo elettrico con

l’apparato posto nella parte posteriore. Il

polo negativo corrisponde al morsetto di

colore nero. (tratto da wikipedia)


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Esempio di separazione per gel elettroforesi.

(tratto da wikipedia)

■ Procedura per una separazione mediante elettroforesi

1. un campione di aminoacidi è applicato, come macchia delimitata,

sulla linea di partenza segnato su uno dei bordi del supporto solido;

2. si applica un potenziale elettrico agli elettrodi della vaschetta,

causando così la migrazione degli a.a. verso gli elettrodi con

carica opposta alla propria carica netta;

3. le molecole con una piu’ alta densità di carica si muovono piu’

velocemente di quelle con una bassa densità di carica;

4. le molecole che si trovano al loro pHi (punto isoelettrico) restano

ferme all’origine;

5. dopo la completa separazione, la striscia di supporto è

asciugata e sviluppata in modo da evidenziare gli a.a. separati.

6. I singoli a.a. sono identificati per la distanza percorsa dalla linea di

base, caratteristica per ogni singolo a.a. alle specifiche condizioni

sperimentali


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Contributo delle due forme canoniche

all’ibrido di risonanza

50% 50%

Misure ottenute per diffrazione

dei raggi X del legame

ammidico di una proteina

− Ammidi monosostituite: stereochimica

Il gruppo ammidico è sia un buon accettore che un buon

donatore di legami idrogeno

cis trans

N

O

N+

O-..

N

O

R H

R1

N

O

R R1

H..

tratto da Biochemistry - Albert L. Leiningher

Legame ammidico (o peptidico)

− Risonanza nel legame ammidico

− Il legame ammidico ha un’energia di 100 Kcal/mole e non può essere scisso

per semplice riscaldamento all’ebollizione di una soluzione acquosa, ma per

reazione prolungata con acidi o basi concentrate.

− Gli enzimi proteolitici hanno la funzione specifica di rompere tali legami.


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− Struttura primaria – sequenza degli amminoacidi

− Polimeri di a.a.. Il termine peptide si usa per i polimeri più corti,

mentre il termine proteina è normalmente riservato ai polimeri naturali

che contengono un numero relativamente alto di a.a. e hanno masse

molecolari di poche miglia di unità o superiori.

− Struttura secondaria

− a-elica: la catena polipeptidicaassume una forma elicoidale cheruota in senso orario, stabilizzatadai legami-H tra il gruppo NH di unresiduo di a.a. e l’O carbonilico del4° a.a. successivo. In ogni girodell’elica ci sono 3,6 residui di a.a..

− foglietto-b: La conformazione azig-zag lineare di una catenapeptidica è stabilizzata dai legami-H tra catene parallele adiacentidello stesso tipo.

■ Legame ammidico (o peptidico): struttura dei peptidi e delle proteine


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- Struttura terziaria – forma che assume la proteina per ripiegamento

su se stessa (in rosso le a-eliche e in cyan i foglietti-b).

Esempio: Tubulina

− Struttura quaternaria – aggregazione tra subunità proteiche diverse.

monomero dimero

Legame ammidico (o peptidico): struttura e funzioni delle proteine

- La tubulina è una proteina globulare che si forma durante la mitosi

cellulare e gioca un ruolo importantissimo nel ciclo vitale della cellula in

quanto da origine, a seguito di un processo di polimerizzazione-

depolimerizzazione, ai microtubuli del fuso mitotico.

- I monomeri α e β hanno una struttura costituita da due foglietti beta

circondati da α eliche.

− La tubulina è una proteina globulare eterodimera flessibile, costituita

dalle subunità α e β, alle quali sono legate rispettivamente una

molecola di guanosintrifosfato GTP e una di guanosindifosfato

GDP.

25-SOSTANZE ORGANICHE NATURALI/Peptidi_proteine/tubulin.dsv


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5.5 Amminoacidi e Proteine Legame ammidico (o peptidico): struttura e funzioni delle proteine

Esempio: Tubulina

- I microtubuli sono cilindri proteici cavi, lunghi alcuni µm con diametro

esterno di circa 25 nm; sono componenti essenziali del citoscheletro e

giocano un ruolo essenziale nelle diverse funzioni cellulari quali la

motilità, il supporto strutturale, la divisione cellulare.

- Le subunità α e β sono presenti nel microtubulo in quantità equimolare

e, pertanto, i microtubuli possono essere considerati come strutture

formate da 13 file di subunità alternate di α e β tubulina. Associazioni

parallele di tali strutture, costituiscono le pareti dei microtubuli e danno

origine a un polimero polare.

- I microtubuli sono caratterizzati da una complessa dinamica di

polimerizzazione-depolimerizzazione che utilizza l’energia fornita

dall’idrolisi del GTP a GDP.

- Le molecole che interagiscono con la tubulina o con i microtubuli, sono

capaci di arrestare la progressione del ciclo cellulare in fase M e,

pertanto, possono essere utilizzate per arrestare la proliferazione

cellulare.


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Esempio: Tubulina

- I composti in grado di arrestare la progressione del ciclo cellulare,

chiamati inibitori della tubulina, si legano con modalità diverse alla

stessa prevenendo la formazione dei microtubuli, destabilizzandoli o

stabilizzandoli una volta formati.

- Questi inibitori, tutti di origine vegetale, si dividono in tre classi:

1. alcaloidi della Vinca che inibiscono la stabilizzazione dei

microtubuli;

2. (-)-Colchicina e derivati e Podofillotossina, e derivati, che si

legano a un sito specifico diverso e sono in grado di inibire

l'accoppiamento delle due subunità impedendo la

stabilizzazione dei microtubuli;

3. Tassolo e derivati, che stabilizzano i microtubuli e iniscono la

loro depolimerizzazione.

- In figura sono mostrati i siti di legame degli alcaloidi della Vinca e

del Tassolo e derivati, che si trovano sulla subunità β della tubulina,

ma sono differenti tra di loro. La Colchicina e la Podofillotossina si

legano, invece, a uno stesso sito posto all’interfaccia tra le subunità

α e β.

Legame ammidico (o peptidico): struttura e funzioni delle proteine

a-tubulina

Sito di legame della

Colchicina

Sito di legame della

Vinca

Inibitori della

polimerizzazione

Inibitori della

depolimerizzazioneb-tubulina

Sito di legame del

Tassolo


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Sito di legame degli alcaloidi della Vinca sp.

Vinblastina



Inibitori della Tubulina: vinblastina


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Sito di legame della Colchicina

Colchicum Autumnale

5.5 Amminoacidi e Proteine Inibitori della Tubulina: colchicina


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Sito di legame del Tassolo

Taxus brevifolia

5.5 Amminoacidi e Proteine Inibitori della Tubulina: tassolo

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Taxus_brevifolia_Blue_Mts_WA.jpg


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R C

NH2

N

OH2

+H Cl-

Cl-

Cl-

Amminonitrile

R C

NH2

N+

H

OH2

R C

NH2

NH

OH2

+

OH2

R C

NH2

NH2

OH

OH2

+

R C

NH2

NH3

+

OH

OH

trasferimento

di H+

- NH3

Cl-

R C

NH2

OH+

OH

- H+

R C

NH2

O

OHamminoacido

racemico

trasferimento

di H+

Cl-

R C

NH2

NH2

+

OH

Cl-

Cl-

R C

NH3

+

O

O-

- NH4+

Seconda parte


− Sintesi di Strecker− La sintesi degli amminoacidi ideata da Adolph Strecker (1822-1871), è una

serie di reazioni che permettono di sintetizzare un amminoacido a partire da unaldeide o da un chetone. L'aldeide è condensata con cloruro di ammonio inpresenza di cianuro di potassio per formare un α-aminonitrile, chesuccessivamente è idrolizzato in ambiente acido per dare l'amminoacidodesiderato in forma racemica.

− Nella sintesi originale di Strecker la reazione era fatta tra acetaldeide,ammoniaca e acido cianidrico per ottenere, dopo idrolisi del nitrile, l’alaninaracemica.

− Prima parte della reazione: il gruppo carbonilico dell’aldeide, protonatoall’ossigeno, subisce l’attacco nucleofilico al carbonio carbonilico del :NH3.Dopo scambio protonico tra il -NH3

+ e l’-OH, si ha la perdita di H2O per formareuno ione immonio intermedio. Il nucleofilo ione cianuro attacca il carbonioimmonico producendo un aminonitrile.

− Seconda parte della reazione: il nitrile protonato viene idrolizzato portandoalla formazione dell’amminoacido racemico.

Sintesi degli amminoacidi in laboratorio

R H

O

R C

NH2

NR C

NH2

O

OH

K+CN-

NH4+Cl-

H+

R H

O+ H

trasferimento

di H+

K+ :NC:-

R C

NH2

N

Cl-NH3

+H

R H

O Cl-NH3

+H

Cl-

NH3

R NH3

+

OH

Cl-

R NH2

O+ HH

Cl-

OH2

R NH2

+

K+ Cl-

Amminonitrile

Prima parte

Ione immonio


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− La sintesi di un peptide richiede l’acilazione selettiva di un gruppo

amminico libero di un a.a..

− E’ necessario prima disattivare tutte le funzioni amminiche estranee che

possono competere per il reagente di acilazione; quindi, si attiva

selettivamente la funzione carbossilica desiderata per acilare l’ammina

libera rimanente.

1. l'acilazione del gruppo amminico viene fatta per trattamento dell’a.a. con

cloruro acilico o con anidride a pH > 10;

2. si protegge il gruppo carbossilico di un secondo a.a. mediante

esterificazione di Fisher;

3. per formare il legame ammidico si usa, in condizioni relativamente blande,

la N,N’-dicicloesilcarbodiimmide (DCC) che causa la disidratazione del

gruppo carbossilico libero di un a.a. e del gruppo amminico libero

dell’altro a.a.

− Per l’allungamento della catena polimerica è necessario deproteggere il

gruppo –NH terminale o il gruppo –COOH terminale.

N.B. La rimozione del gruppo protettivo dall’NH, cioè la scissione di un legame

ammidico, può causare la scissione anche dei legami ammidici appena formati,

pertanto è necessario utilizzare gruppi protettivi che possono essere rimossi

facilmente:

es.: benzilossicarbonil Cbz (C6H5CH2OC(=O)-) rimosso con H2/cat. o HBr in

CH3COOH;

t-butilossicarbonil t-BOC (t-but-OC(=O)- rimosso con CF3COOH].

Sintesi dei peptidi e delle proteine in laboratorio

CH3 C

NH

OH

O

O

R

CH3 C

NH3

+

O-

O 1) R-C(=O)LpH > 10_

2) pH < 6_

1.

CNH2O

O

CH3

CNH3

+

O-

O1) CH

3OH, H+

2) pH = 8

2.

L-Alanina N-protetta

Glicina C-protetta

DCC

3.

N

N

N,N'-dicicloesilcarbodiimmide

CH3 C

NH

O

O

R

CNHO

O

CH3

L-Alanina (Ala)

Glicina (Gly)

legame ammidico o peptidico

rimozione dei gruppi protettivi

CH3 C

NH3

+

O

CNHO

-

O

dipeptide Ala-Gly


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5.6 Basi azotate e Acidi nucleici



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5.6 Basi azotate e Acidi nucleici■ Basi azotate di DNA ed RNA

− Le basi azotate nucleiche sono composti biologici che, legate a uno zucchero, formano i nucleosidi — ovvero i blocchi predefiniti che uniti in

sequenza, mediante ponti di unità fosfato, formano i filamenti di acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA).

− In genetica sono spesso semplicemente chiamate basi, che hanno la capacità di formare coppie di basi appaiate e che si sovrappongono una

sull’altra formando le strutture elicoidali del DNA e di alcuni tipi o alcune porzioni di RNA.

− L’uso del termine base è dato da una consuetudine storica, in riferimento alle proprietà chimiche delle basi azotate nelle reazioni acido-base e

non è particolarmente importante per comprendere la maggior parte delle loro funzioni biologiche.

Basi DNA5

4

6

N3

N 1

2NH9

8

N7

NH2

5

4

6

N3

NH1

2NH9

8

N7

NH2

O

N 3

2

4

NH1

5

6

NH2

O

5

6

4

NH1

NH3

2

O

O

CH3

Adenina Guanina Citosina Timina

Basi RNA

Uracile

5

6

2

NH1

NH3

2

O

O

5

4

6

N3

N 1

2NH9

8

N7

NH2

5

4

6

N3

NH1

2

NH9

8

N7

NH2

O

N 3

2

4

NH1

5

6

NH2

O

Adenina Guanina Citosina


A.A. 2017-2018


5.6 Basi azotate e Acidi nucleici■ Per tautomeria si intende una particolare forma di isomeria strutturale di composti organici, che si inter convertono

rapidamente mediante una reazione chimica intramolecolare detta tautomerizzazione.

− Le molecole tra le quali esiste tautomeria sono dette tautomeri.

− La tautomerizzazione comporta il trasferimento formale di un atomo di idrogeno (un protone) in posizione a, accompagnata

dallo scambio di un legame covalente singolo con uno doppio adiacente: si parla in questo caso di tautomeria

prototropica; più rari sono i casi di tautomeria aniotropica in cui ad essere scambiato è un gruppo idrossilico.

− La tautomerizzazione avviene in soluzione e porta al raggiungimento di un equilibrio chimico tra i vari tautomeri.

− L'esatta frazione (%) di ciascun tautomero dipende da numerosi fattori quali la temperatura, il solvente e il pH (acido o

basico).

O

RH

H

H

O

R

H

H

H

a


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N

NH

NH

N

NH2

O

guanina

N

N

NH

N

NH2

adenina

N

H

NH

NH

N

NH

O

N

NH

NH

N

NH

■ Principali coppie tautomeriche

− chetone (gruppo carbonilico) / enolo - tautomeria cheto-enolica

− Per la maggior parte dei composti mono carbonilici, all'equilibrio, prevale la forma carbonilica. Per esempio, il

cicloesanone a temperatura ambiente contiene solo circa lo 0,0001% del tautomero enolico. La percentuale è

ulteriormente inferiore per acidi carbossilici, esteri e ammidi.

− La forma enolica predomina quando può essere stabilizzata per coniugazione o per formazione di legami idrogeno

intramolecolari. Nel caso del pentan-2,4-dione il tautomero enolico è circa il 76%.

− ammina / immina (presente anche nelle basi azotate guanina e adenina)

O

H

pentan-2-one

O

H

pent-1-en-2-olo

O

H

H

OH

H

0,0001%

a

cicloesanone cicloes-1-en-1-olo

O O

HH

a

OO

H

H

76%

pentan-2,4-dione (3Z)-4-idrossipent-3-en-2-one


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5.6 Basi azotate e Acidi nucleici■ Principali coppie tautomeriche

− ammide / acido immidico (es. può aver luogo durante la reazione di idrolisi del gruppo nitrile)

− lattame / lattime (analogo alla precedente, ma si verifica in composti eterociclici; possono essernesoggette le basi azotate guanina, timina e citosina)

− immina / enammina (può ad esempio avvenire nell'amminoacido istidina)

istidina

4

5 NH2NH1

2

N3

OH

O

5

4 NH2N3

2

NH

1

OH

O

acido 2-amino-3-(1H-imidazol-4-il)

propanoico

acido 2-amino-3-(1H-imidazol-5-il)

propanoico

O

NH2

OH

NH

acido etanimmidico acetammide

N

N

NH

N

NH2

OH

guanina

NH

NH

O

O

CH3

N

NH

NH2

O

timina citosina

N

NH

NH

N

NH2

O

NH

N

OH

O

CH3

N

N

NH2

OH


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■ Componenti del DNA: basi azotate, zucchero, fosfato

Basi

OH

1'

2'

O

3'

4'

5'OH

OH

Zucchero Deossiribosio P

O

OH

OH

OH Acido Fosforico

BASE AZOTATAO

OH

OH

Deossiribonucleoside

BASE AZOTATAO

O

OH

FOSFATO

Deossiribonucleotide

zucchero zucchero

5

4

6

N3

N 1

2NH9

8

N7

NH2

5

4

6

N3

NH1

2

NH9

8

N7

NH2

O

N 3

2

4

NH1

5

6

NH2

O

5

6

4

NH1

NH3

2

O

O

CH3

Adenina Guanina Citosina Timina


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5.6 Basi azotate e Acidi nucleici■ DNA: Deossiribonucleotidi

N9

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

OH

O

P

5

4

6

N3

N1

2

8

N7

NH2

N9

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

OH

O

P

5

4

6

N3

NH1

28

N7

NH2

O

N1

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

OH

O

P

N3

2

45

6

NH2

O N1

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

OH

O

P

5

6

4 NH3

2

O

O

CH3

2'-deossiadenosina 5'-fosfato (A) 2'-deossiguanosina 5'-fosfato (G)

2'-deossicitidina 5'-fosfato (C) 2'-deossitimidina 5'-fosfato (T)


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■ Componenti del RNA: basi azotate, zucchero, fosfato

Basi

OH

1'

2'

O

3'

4'

5'OH

OH OH

Zucchero Ribosio P

O

OH

OH

OH Acido Fosforico

BASE AZOTATAO

OH

OH OH

Ribonucleoside

BASE AZOTATAO

O

OH

FOSFATO

OH

Ribonucleotide

zucchero zucchero

Uracile

5

6

2

NH1

NH3

2

O

O

5

4

6

N3

N 1

2NH9

8

N7

NH2

5

4

6

N3

NH1

2

NH9

8

N7

NH2

O

N 3

2

4

NH1

5

6

NH2

O

Adenina Guanina Citosina


A.A. 2017-2018



N9

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

OH

O

P

5

4

6

N3

N1

2

8

N7

NH2

OH

N9

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

OH

O

P

5

4

6

N3

NH1

28

N7

NH2

O

OH

N1

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

OH

O

P

N3

2

45

6

NH2

O

OH

N1

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

OH

O

P

5

6

4 NH3

2

O

O

OH

Adenosina 5'-fosfato (A) Guanosina 5'-fosfato (G)

Citidina 5'-fosfato (C) Uridina 5'-fosfato (U)

■ RNA: Ribonucleotidi


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5.6 Basi azotate e Acidi nucleici■ Struttura generale del DNA: frammento di un singolo filamento tetranucleotide

N1

1'

2'

O

3'

4'

5'O

O

OH

OH

O

P

N3

2

45

6

NH2

O

N9

1'

2'

O

3'

4'

5'O

O

OH

O

P

5

4

6

N3

N1

2

8

N7

NH2

N1

1'

2'

O

3'

4'

5'O

O

OH

O

P

5

6

4 NH3

2

O

O

CH3

N9

1'

2'

O

3'

4'

5'O

OH

OH

O

P

5

4

6

N3

NH1

28

N7

NH2

O

A

G

C

T

fosfato

zucchero base

fosfato

zucchero base

fosfato

zucchero base

termine 5’

termine 3’

fosfato

zucchero base


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5.6 Basi azotate e Acidi nucleici■ DNA: legami idrogeno tra nucleotidi nella doppia elica

N

NN

N

N

O

zucchero

H

H

H

Adenina

Guanina Citosina

Timina

N

NN

N N H

H

zucchero N

N

O

O

CH3

zucchero

H

N

N

N

O zucchero

H

H

legami idrogeno

legami idrogeno

fosfato

zucchero A

fosfato

zucchero G

fosfato

zucchero A

termine 5’

termine 3’

fosfato

zucchero G

T

C

T

termine 3’

termine 5’

C

zucchero

fosfato

zucchero

fosfato

zucchero

fosfato

zucchero


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5.6 Basi azotate e Acidi nucleici■ Doppia elica del DNA: il modello di Watson e Crick (1953)

− Rappresentazione di un giro completo

della doppia elica.

− L’elica è larga 20 Å, un giro completo

contiene 20 basi appaiate ed è lungo 34 Å.

− I due filamenti nucleotidici della doppia elica

si avvolgono in modo da formare due tipi di

cavità: una più grande di 12 Å di larghezza

e una più piccola di 6 Å di larghezza.0

20 Å

34 Å

6 Å

12 Å

8-CHIM_ORG_TE_MOLECOLE DIAPOSITIVE/DNA.dsv


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5.6 Basi azotate e Acidi nucleici■ Doppia elica del DNA: il modello di Watson e Crick (1953)

− Struttura di un cromosoma

5. Sostanze Naturali - noblogs.org · efedrina. − Nello schema 2 sono riportati esempi di...

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