Kemi kap 11-13

Spegelbildsisomeri

En typ av isomeri där två molekyler är spegelbilder av varandra.

Kirala molekyler

Molekyler som har spegelbildsisomeri kallas kirala, vilket betyder att de inte är symmetriska. För att en molekyl ska vara kiral måste den ha minst ett stereocentrum, vilket oftast är en kolatom som binder till fyra olika atomer eller atomgrupper.

Stereocentrum

En kolatom som binder till fyra olika atomer eller atomgrupper.

Enantiomerer

De spegelvända formerna av en kiral molekyl. Enantiomerer har samma kemiska egenskaper men kan bete sig olika i biologiska system och påverka ljus på olika sätt.

R/S-systemet

Ett system för att skilja mellan enantiomerer där R betyder 'höger' och S betyder 'vänster'.

D/L-systemet

Ett system som används för att namnge socker och aminosyror där D också betyder 'höger' och L betyder 'vänster'.

Optisk aktivitet

Optisk aktivitet innebär att ett ämne kan vrida planpolariserat ljus åt höger (dextrorotatoriskt, +) eller åt vänster (levorotatoriskt, -). Detta sker när molekylen är kiral, dvs. att den har en asymmetrisk kolatom (oftast en kolatom med fyra olika grupper bundna till sig).

Amfolyta aminosyror

Aminosyror som kan agera både som syror (har- COOH -grupp) eller som baser (har NH2 grupp). ex H2N CHR COOH som blir till  +H3N CHR COO-

Amfojon

Amfojon är en jon som kan vara både positivt och negativt laddad samtidigt. Det betyder att den har både en sur och en basisk del i samma molekyl. Dess formel är: H3​N+−CH(R)−COO−

Isoelektrisk punkt

• Den isoelektriska punkten (Ip) är det pH där en aminosyras nettobrukning är 0. Det betyder att aminosyran har lika många positiva som negativa laddningar och därför inte vandrar i ett elektriskt fält och nettoladdningen blir 0. Ph= 6.

Sura, basiska aminosyror och IP

• Vid lågt pH (surt, t.ex. pH 2):

• Lösningen innehåller mycket H⁺-joner.

• Karboxylgruppen (-COO⁻) tar upp en proton och blir -COOH.

• Aminogruppen är redan protonerad (-NH₃⁺).

• Aminosyran är positivt laddad.

• Vid Ip (oftast runt pH 6):

• Aminosyran finns i sin amfojon-form:

  • Aminogruppen är positiv (-NH₃⁺).

  • Karboxylgruppen är negativ (-COO⁻).

• Nettobrukning = 0 → Aminosyran är elektriskt neutral.

🔹 Vid högt pH (basiskt, t.ex. pH 10):

• Lösningen innehåller få H⁺-joner.

• Aminogruppen (-NH₃⁺) avger en proton och blir -NH₂.

• Karboxylgruppen förblir negativ (-COO⁻).

• Aminosyran är negativt laddad.

Mjölksyra

Ett exempel på en kiral molekyl med spegelbildsisomeri. Formel: CH3​−CH(OH)−COOH

D-glyceraldehyd

En form av glyceraldehyd som är en enantiomer av L-glyceraldehyd.

L-form av aminosyror

Det som gäller för aminosyror som ingår i proteiner hos människor.

Aminosyror

Formel: H2​N−CH(R)−COOH. Alla aminosyror utom glycerin, har 4 olika grupper på kolatomen. Därför kan aminosyrorna förekomma i två optisk aktiva formler( D och L)

- Alla aminosyror som bygger  upp proteiner hos människor har L-form(aminogruppen ligger till vänster av det asymmetriska centrum). Alla aminosyror är α -aminokarboxylsyra som innebär = asymmetriska kolatomen) där en karboxylgrupp och aminogrupp binder till samma kolatom. Aminogruppen kommer att vara bunden till den kolatom som är närmast karboxylgruppen

Aminosyra i vattenlösning

I en vattenlösning av en aminosyra finns det samtidgt:

1. Aminosyrans amfojon +H3N CHR COO-

2. Oprotolyserade aminosyramolekyler H2N CHR COOH

3. Negativa joner H2N CHR COO-

4. Positiva joner +H3N CHR COOH

Det innebär att aminosyran kan fungera både som en syra och en bas, vilket gör den till en amfolyt.

Kolhydrater

Kolhydrater:

-Delas in i i tre grupper:

1. enkla sockerarter eller monosackarider

2. sammansatta sockerarter eller oligaosacarider( ex disackarider)

3. polysackarider

Monosackarider

• Glukos

• Fruktos

• C6H12O6 ( gemensamma molekyl formel för att de är isomerer av varandra).

• Monosackarider är de enklaste kolhydraterna och kan ha olika antal kolatomer. De vanligaste är hexoser (6 kolatomer, t.ex. glukos och fruktos) och pentoser (5 kolatomer, t.ex. ribos).

• Glukos och fruktos har båda formeln C₆H₁₂O₆, men glukos är en aldos (har en aldehydgrupp -CHO) medan fruktos är en ketos (har en ketongrupp =C=O).

• Monosackarider som innehåller en aldehydgrupp är reducerande sockerarter, vilket betyder att  reducerande socker är ett socker som kan avge elektroner (reducera) och därmed reducera andra ämnen. kan reagera med Trommers prov och orsaka en färgförändring från blått till rött (som visas i figuren).

  
  

Trommers prov

Trommers prov används för att testa om ett ämne är en reducerande sockerart. En reducerande sockerart är en sockerart som kan ge bort elektroner (reducera andra ämnen).

Vad händer i Trommers prov?

1⃣ Blå lösning med kopparjoner 🔵

• Vi börjar med en blå vätska som innehåller koppar(II)-joner (Cu²⁺).

• Koppar(II)-joner är blå i vatten, så därför ser lösningen blå ut.

2⃣ Tillsätter ett reducerande socker 🍬

• Nu lägger vi till ett reducerande socker som glukos eller fruktos.

• Det här sockret har förmågan att ge bort elektroner.

3⃣ Sockret ger bort elektroner – koppar förändras! ⚡

• När sockret ger bort elektroner reduceras koppar(II)-jonerna (Cu²⁺ → Cu⁺).

• Kopparjonerna byter form och blir koppar(I)-joner (Cu⁺).

4⃣ Fällning bildas – färgskifte från blått till rött! 🔴

• Koppar(I)-jonerna binder med syre och bildar koppar(I)oxid (Cu₂O), som är röd-orange.

• Det bildas en fällning (ett olösligt ämne som sjunker till botten).

Vad betyder det?

• Före testet: Koppar(II)-jonerna (Cu²⁺) är i en blå lösning.

• Efter testet: Om en reducerande sockerart finns, kommer koppar(II)-jonerna att reduceras till koppar(I)-joner, och en röd fällning av koppar(I)oxid (Cu₂O) bildas. Detta visar att sockret har reducerande egenskaper.

Glukos- icke cyklisk form

Icke-cyklisk D-glukos och D-fruktos

I den öppna (icke-cykliska) formen ser vi att:

• D-glukos har en aldehydgrupp (-CHO) vid kolatom 1, vilket gör det till en aldos.

• D-fruktos har en ketogrupp (=C=O) vid kolatom 2, vilket gör det till en ketos.

• I Fischerprojektionen (den vanliga sättet att rita strukturen) placeras aldehydgruppen alltid högst upp för aldoser. Detta är en konvention för att lätt kunna identifiera och jämföra olika sockerarter.

2. Varför har D-glukos flera asymmetriska centra?

Ett asymmetriskt centrum (kiralt centrum) är en kolatom som binder till fyra olika grupper.

• I icke-cyklisk D-glukos är kolatomerna 2, 3, 4 och 5 asymmetriska eftersom de alla binder till fyra olika grupper.

• Kolatom 1 är inte asymmetrisk i icke-cyklisk form eftersom den har en dubbelbindning till syre i aldehydgruppen.

• Kolatom 6 är inte asymmetrisk eftersom den har två väteatomer.

Glukos

Glukos är en aldohexos, vilket innebär att den har sex kolatomer och en aldehydgrupp. I sin icke-cykliska form har glukos fyra asymmetriska kolatomer (stereocentra), vilket gör att det finns totalt 16 möjliga isomerer av aldohexoser. En av dessa är glukos, som finns i två spegelbildsisomerer: D-glukos och L-glukos. I naturen förekommer nästan uteslutande D-glukos, vilket gör att man ofta utelämnar “D” i beteckningen.

Glukos kan bilda en ringstruktur

I lösning förekommer glukos främst i en cyklisk form. Denna bildas när syreatomen i OH-gruppen på kol 5 gör en nukleofil attack på kol 1, där aldehydgruppen sitter. Resultatet blir en sexring, som innehåller en syreatom och fem kolatomer.

Vid ringslutningen kan två olika varianter bildas beroende på hur OH-gruppen vid kolatom 1 är riktad i rymden:

• α-glukos – OH-gruppen pekar nedåt.

• β-glukos – OH-gruppen pekar uppåt.

Glukosmolekylen kan öppnas och återgå till sin icke-cykliska form, vilket gör att den fungerar som en reducerande sockerart.

Glukos i en vattenlösning

α-D-glukos – Den cykliska formen där hydroxylgruppen (-OH) på kol 1 (anomeriska kolet) pekar nedåt i Haworth-projektionen.

β-D-glukos – Den cykliska formen där hydroxylgruppen (-OH) på kol 1 pekar uppåt i Haworth-projektionen.

Den icke-cykliska (linjära) formen – En öppen kedjeform där glukosmolekylen existerar som en aldos (med en aldehydgrupp på kol 1).

och dessa  går över i varandra genom den icke-cykliska formen. Så småningom uppstår en jämviktsblanding som innehåller :  35% alfa d-glukos 65% beta glukos 0,003% den icke-cykliska formen.

Disackarider

• Disackarider är sockerarter som består av två enkla sockermolekyler (monosackarider) som sitter ihop. Exempel på disackarider är maltos, cellobios och sackaros.

• Två exempel på disackarider som bildas av glukos:

  • Maltos – bildas vid nedbrytning av stärkelse.

  • Cellobios – bildas vid nedbrytning av cellulosa.

  
  

Maltos och cellobios

Dessa är båda disackarider, vilket betyder att de består av två sammankopplade glukosmolekyler.

• Skillnaden mellan dem är hur de två glukosmolekylerna är bundna till varandra.

• Eftersom en del av molekylen är reaktiv kan de öppna sig och bilda aldehydgrupper, vilket gör att de fungerar som reducerande sockerarter.

-Båda har en 1,4-glykosidbindning, men:

• Maltos har en α-1,4-bindning (den första glukosmolekylen är i α-form).

• Cellobios har en β-1,4-bindning (den första glukosmolekylen är i β-form).

binds ihop bildas en disackarid.

• Denna bindning sker vid kolatom 1 i den ena molekylen och en annan kolatom i den andra.

• Under denna process försvinner en vattenmolekyl – detta kallas en kondensationsreaktion.

• Bindningen mellan de två sockerresterna kallas glykosidbindning. 

Oligosackarider

Om fler än två monosackarider binds ihop kallas de oligosackarider (få sockerenheter) eller polysackarider (många sockerenheter).

Sackaros

Består av glukos och fruktos.

• Till skillnad från maltos och cellobios kan inte sackaros öppna sig och bilda en aldehydgrupp.

• Därför är sackaros inte ett reducerande socker.

Polysackarider

Polysackarider, som är långa kedjor av sammanlänkade glukosmolekyler. De tre viktigaste polysackariderna är cellulosa, stärkelse och glykogen, och alla är uppbyggda av glukosrester och har bruttoformeln( C6H10O5).Polysackarider består av många sammanlänkade monosackarider (enkla sockermolekyler). I vissa fall kan en polysackarid bestå av hundratals eller till och med tusentals monosackaridenheter

Cellulosa

Cellulosa består av  β- glukosmolekyler som binds samman med β-1,4-glykosidbindningar. Dessa bindningar gör att cellulosakedjorna blir långa och raka, vilket gör att de kan lägga sig parallellt och bilda fibrer. Fibrerna binds ihop av vätebindningar, vilket gör cellulosa starkt och stabilt.

Cellulosa finns främst i växter och bygger upp deras cellväggar. Det är det vanligaste ämnet i naturen och utgör en stor del av ved och papper. Till exempel använder getingar cellulosa när de bygger sina bon, genom att tugga gammal ved och blanda den med sitt saliv för att få ett pappersliknande material.

Sammanfattningsvis är cellulosa, stärkelse och glykogen alla långa kedjor av glukosmolekyler, men de skiljer sig åt i hur glukosenheterna är kopplade till varandra, vilket påverkar deras egenskaper och användningsområden.

Stärkelse och glykogen

Både stärkelse och glykogen är uppbyggda av glukosmolekyler, men de har en annan struktur än cellulosa:

• Stärkelse består av två delar:

1. Amylos – en ogrenad kedja av glukos där glukosmolekylerna kopplas samman med alfa-1,4 glykosidbindningar och bildar en spiral.

2. Amylopektin – en grenad molekyl som innehåller alfa-glukosrester som är kopplade med  alfa-glykosidbindningar och alfa-1,6-glykosidbindningar  vilket gör stärkelsen mer lättlöslig.

   • Glykogen liknar amylopektin men är ännu mer förgrenad. En polysackarid som lagras som lagras i levern och muskler. Liknar amylopektin dvs innehåller alfa-1,4 glykosidbindningar mellan glukos molekyler och många fler alfa-1,6 glykosidbindningar än amylopektin.

     
     

   
   

Nedbrytning av stärkelse i kroppen

Amylas                            Maltas

Stärkelse blir Maltos   blir  alfa glukos

            saliv bukspott        tarmsaft alfa-glukos+ alfa-glukos       

alfa-aminosyror

Det finns bara  α -aminosyror i proteiner. Proteinerna är uppbyggda av tjugo olika  α -aminosyror. De olika sidokedjorna( skrivs R oftast) i aminosyrorna ger de olika egenskaper och är grundorsaken till att proteinerna har olika byggnader och egenskaper. Det betyder att aminogruppen sitter på kolet bredvid karboxylgruppen.

En aminosyras IP beror på R-gruppen

• Sura aminosyror (asparaginsyra, glutaminsyra): Har en extra -COOH i sidokedjan som kan avge en proton, vilket gör att deras Ip är lägre än 6. Basiska aminosyror (lysin, arginin, histidin): Har en extra basisk grupp som kan ta upp en proton, vilket gör att deras Ip är högre än 6. När Ip= 6 är sidokedjorna neutrala (som alanin)

Varför är inte aminosyrans neutrala Ip=7?

• Ip för en aminosyra är inte 7 för att karboxylgruppen är lite surare än vad aminogruppen är basisk därför avges en del av väteatomerna från karboxylgruppen till vatten och bildar oxoniumjoner och inte till aminogruppen

L-OCH D GLUKOS

Den sista kolatomen i glukos molekylen bestämmer om det bli D- eller L beroende på hur OH gruppen sitter på kolet . Till höger = D till vänster= L.

Beräkna mängden isomerer

En molekyl med n kirala centra har 2ⁿ möjliga stereoisomerer. Det betyder att det finns olika molekyler med samma molekylformel som glukos exempelvis , men olika rymdstruktur.

När du ritar cykliska formen

Rita OH gruppen alltid till höger och CH2OH alltid uppe eller bredvid O

Skilland mellan beta-1,4 glykosidbindning och alfa-1,4 glykosidbindning

alfa-1,4 glykosid bindning : rak kedja ( i ex stärkelse) beta-1,4 glykosid bindning: böjd kedja (i ex cellulosa)

Vad menas med att fetter är glycerylestrar

Glycerol+ 3 fettsyror