SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAFIČKI FAKULTET

KATEDRA ZA KEMIJU U GRAFIČKOJ TEHNOLOGIJI

INTERNA SKRIPTA

Priredili:

Doc. dr.sc. Mirela Rožić Doc. dr.sc. Željka Barbarić-Mikočević

Ivana Plazonić, asistent

Zagreb Ak. god. 2008/09.

Organska kemija je kemija ugljikovih spojeva. Karakteristično svojstvo ugljika je međusobno povezivanje njegovih atoma u dugačke (ravne i razgranate lance) te prstenove.

ravni lanac razgranati lanac

prstenasta struktura Svaki ugljikov atom uvijek stvara 4 veze sa susjednim atomima u spoju. Međusobno se mogu povezivati jednostrukom, dvostrukom i trostrukom kovalentnom vezom. Ta su svojstva ugljika omogućila stvaranje milijuna različitih spojeva ugljika s vodikom, te ugljika s vodikom i kisikom, dušikom, sumporom i halogenim elementima.

ALKANI

Alkani su zasićeni ugljikovodici. Raniji naziv alkana, parafini (grč. Para – protiv + lat. Affinitas – privlačnost) potječe od njihova svojstva da teško reagiraju s drugim elementima i spojevima. Opća formula alkana: CnH2n+2 Ako promotrimo niz alkana možemo vidjeti da se oni međusobno razlikuju za jednu metilensku skupinu (-CH2). Alkani tako čine homologni niz.

Iz prikazanog modela može se vidjeti kako u molekuli metana atomi vodika imaju prostorni razmještaj u kojem su četiri kovalentne veze ugljik – vodik usmjerene iz središta pravilnog tetraedra prema njihovim vrhovima. U središtu tetraedra smješten je atom ugljika, dok su atomi vodika smješteni na vrhovima. Kutovi među vezama su jednaki i iznose 109,5°.

. Veličine veznih kutova u alkanima i drugim organskim molekulama mogu se objasniti teorijom odbijanja elektronskih parova valentne ljuske (VSPER teorija). Prikaz molekule alkana moguć je na više načina. Tako je molekulu etana moguće prikazati: MODELOM – pokazuje prostorni razmještaj atoma u molekuli (3D struktura).

STRUKTURNOM FORMULOM – s valentnim crticama pokazuje kako su atomi u molekuli međusobno povezani (2D struktura).

SAŽETOM STRUKTURNOM FORMULOM – na jednostavniji način prikazuje redoslijed međusobnog povezivanja ugljikovih atoma.

ili MOLEKULSKOM FORMULOM – pokazuje broj i vrstu atoma u molekuli, ali ne daje podatke o tome kako su atomi međusobno povezani.

Konstitucijska (strukturna) izomerija alkana

Konstitucijski (strukturni) izomeri iste molekulske formule, C4H10

Konstitucijska (strukturna) izomerija je karakteristična samo za neke organske spojeve. Konstitucijski izomeri se osim po prostornom rasporedu atoma u molekuli razlikuju i po fizikalnim i kemijskim svojstvima.

Nomenklatura alkana

Prva imena organskih spojeva bila su trivijalna (nisu govorila ništa o strukturi). Prva pravila sustavne nomenklature utvrđena su 1892. godine u Ženevi. Danas su u cijelom svijetu prihvaćena pravila Internacionalne unije za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC). Nazivi alkana završavaju nastavkom – an . Prva četiri alkana: metan, etan, propan i butan nazive su dobili po svojim svojstvima ili porijeklu. Naziv ostalih članova niza alkana sadrže korijene grč. brojeva koji označavaju broj ugljikovih atoma (npr. pentan: grč. pent – pet). Pravila za određivanje sustavnih imena razgranatih alkana su:

1. Najprije se odabere najdulji lanac koji čini osnovni spoj. 2. Odrede se imena supstituenata vezanih na ugljikove atome odabranog lanca (nastavak

– il). 3. Položaj supstituenata na glavnom lancu određen je rednim brojem ugljikovih atoma na

koji je supstituent vezan. Redni brojevi ugljikovih atoma glavnog lanca određuju se tako da supstituent bude na ugljikovu atomu sa što manjim rednim brojem.

4. Broj istovrsnih supstituenata na glavnom lancu označuje se umnoženim prefiksima. 5. Supstituenti se navode abecednim redom.

3,6-dimetiloktan

SUPSTITUENT je alkilna skupina vezana na ugljikov atom osnovnog spoja. Više istovrsnih supstituenata u nazivu spoja označavaju se prefiksom: di – za dvije skupine tri – za tri skupine tetra – za četiri skupine penta – za pet skupina

CIKLOALKANI Skupina zasićenih ugljikovodika kod kojih su ugljikovi atomi povezani u prsten. Ime nekog cikloalkana dobiva se, kao i ime alkana, uporabom korijena kojim se označava broj ugljikovih atoma u prstenu, s time što se ispred korijena stavlja prefiks ciklo – (grč. kyklos –krug), npr.cikloheksan. Opća formula cikloalkana:

ciklopropan ciklobutan

CnH2n

ALKENI

Alkeni su nezasićeni ugljikovodici u čijim su molekulama jedan ili više parova ugljikovih atoma povezani dvostrukom vezom. Opća formula alkena: CnH2n

Model Strukturna formula Sažeta strukturna formula Molekulska formula

eten

Nomenklatura alkena

Sustavna imena alkena dobivaju se na način da se korijenu, koji označava broj ugljikovih atoma u molekuli doda nastavak – en . Redni broj iza korijena označava položaj dvostruke veze. Ako molekula alkena sadrži dvije dvostruke veze naziva se dien, ako sadrži tri dvostruke veze naziva se trien itd.

but -1- en Molekule etena i propena imaju samo jedan izomer, za razliku od butena koji ima tri konstitucijska izomera.

CH3 │

CH2=CHCH2CH3 CH3CH=CHCH3 CH3C= CH2

but-1-en but-2-en 2-metilprop-1-en

Dvostruka se veza bitno razlikuje od jednostruke. Oko dvostruke veze nema slobodne vrtnje kao kod jednostruke veze. Stereoizomeri koji postoje zbog nemogućnosti vrtnje oko dvostruke veze zovu se konfiguracijski izomeri. Oni se međusobno razlikuju po fizikalnim svojstvima. Ova vrsta stereoizomerije naziva se još i cis-trans-izomerijom.

ALKINI

Alkini su nezasićeni ugljikovodici u čijim su molekulama jedan ili više parova ugljikovih atoma povezani trostrukom vezom. Opća formula alkina:

Model Strukturna formula Sažeta strukturna Molekulska formula formula

etin

Nomenklatura alkina Sustavna imena alkina tvore se dodatkom nastavka – in korijenu koji označava broj ugljikovih atoma u molekuli ili najduljem lancu. Položaj trostruke veze označava se brojkom C-atoma iza kojeg se nalazi trostruka veza. Kod razgranatih lanaca ugljikovih atoma, najdulji lanac prema kojemu se određuje korijen imena izabire se na način što uključuje ugljikove atome povezane trostrukom vezom.

CnH2n-2

ARENI Areni (aromatski ugljikovodici) su nezasićeni ciklički ugljikovodici. Ime su dobili zbog toga što su se brojni spojevi iz ove skupine odlikovali nekim mirisom (aromom). Pod pojmom aromatičnosti podrazumijeva se posebna stabilnost spojeva koji u svojoj strukturi imaju nezasićeni prsten od šest ugljikovih atoma, benzenski prsten.

BENZEN je najjednostavniji predstavnik arena. Nezasićeni spoj, ali se pokazalo da su kemijske reakcije drugačije od alkena (ne pokazuje reakcije karakteristične za nezasićene ugljikovodike → ne obezboji bromnu vodu i ne nastane smeđi MnO2 u reakciji s KMnO4).

C6H6 Molekulska formula:

Pri pisanju strukturnih formula aromatskih spojeva uobičajeno je izostaviti simbole ugljikovih atoma u prstenu. Čak se izostavljaju i vodikovi atomi vezani na prsten.

Prvu strukturu molekule benzena predložio je 1865. njemački kemičar F.A. Kekule. Molekula benzena ima cikličku (prstenastu) strukturu u kojoj šest ugljikovih atoma čini prsten, a svaki ugljikov atom vezan je s jedanim atomom vodika.

znak za rezonanciju

Struktura molekule benzena je planarna, tj. svi ugljikovi i vodikovi atomi u prstenu leže u jednoj ravnini. Sve veze među ugljikovim atomima su jednake duljine i po prirodi nisu niti jednostruke niti dvostruke. Naime, po jedan elektron od svakog ugljikovog atoma u prstenu čini oblak delokaliziranih elektrona koji se protežu preko čitavog prstena i daje mu posebnu stabilnost, tj. svojstvo aromatičnosti. Molekulu benzena može se prikazati pomoću dviju strukturnih formula s različitim rasporedom dvostrukih veza koje se nazivaju rezonancijskim strukturama. Imena derivata benzena dobivaju se na način sličan kao i imena cikloalkana. Položaj pojedinih skupina vezanih na benzenski prsten označava se rednim brojevima, a imena tih supstituenata navode se abecednim redom

AKOHOLI, FENOLI I ETERI

Alkoholi Fenoli Eteri Funkcionalna skupina -OH

hidroksilna -OH

hidroksilna -O-

eterska

Opća formula ROH

R-alkilna ili cikloalkilna skupina

ArOH Ar-arilna skupina

ROR, ROR', ArOR

R i R'- alkilna cikloalkilna skupine Ar-arilna skupina

Primjer

etanol

fenol

dietil-eter

Molekulska formula

ALKOHOLI su skupina organskih spojeva koji sadrže jednu ili više hidroksilnih skupina kovalentno vezanih jednostrukom kovalentnom vezom na ugljikov atom. S obzirom na položaj ugljikova atoma na koji je vezana hidroksilna skupina dijelimo ih na:

primarne

sekundarne

tercijarne

Nomenklatura alkohola Sustavno ime alkohola dobiva se dodatkom nastavka – ol nazivu alkana ili cikloalkana s istim brojem ugljikovih atoma. Kao osnovna struktura odabere se najdulji lanac ugljikovih atoma na koji je vezana hidroksilna skupina. Ugljikovi atomi u lancu označe se brojevima tako da ugljikov atom na kojemu je hidroksilna skupina dobije što manji broj. Položaj hidroksilne skupine označi se brojem ispred nastavka – ol. Ostali supstituenti označe se na isti način kao i kod ugljikovodika. Za oznaku broja hidroksilnih skupina rabe se nastavci – diol, – triol itd.

ALDEHIDI I KETONI Aldehidi i ketoni skupine su srodnih organskih spojeva iz razloga što imaju istu funkcionalnu skupinu – karbonilnu skupinu.

Zbog velike raznolikosti reagiranja karbonilna skupina se smatra najvažnijom funkcionalnom skupinom u sintezi organskih spojeva.

Aldehidi i ketoni se strukturno razlikuju time što se u aldehidima na ugljikov atom karbonilne skupine veže jedna ugljikovodikova skupina i vodikov atom, a u ketonima dvije ugljikovodikove skupine. Ugljikov atom karbonilne skupine može biti i dio prstena. Takvi su spojevi ciklički ketoni.

acetaldehid ili etanal

Nomenklatura aldehida i ketona Sustavna imena aldehida dobivaju se na način da se imenu osnovnog ugljikovodikovog lanca doda nastavak – al. Ugljikov atom karbonilne skupine uvijek ima redni broj jedan. Sustavna imena ketona tvore se na način da se imenu osnovnog ugljikovodika doda nastavak – on. Položaj karbonilne skupine označuje se brojkom ispred nastavka. Dobivanje aldehida:

- oksidacijom primarnih alkohola

primarni alkohol aldehid

aldehid karboksilna kiselina

Dobivanje ketona:

- oksidacijom sekundarnih alkohola

keton sekundarni alkohol

KARBOKSILNE KISELINE I NJIHOVI DERIVATI Karboksilne kiseline su organski spojevi koji sadrže jednu ili više karboksilnih skupina – COOH. Opća formula:

alifatski aromatski

Nomenklatura karboksilnih kiselina Sustavna imena određuju se prema najduljem lancu kojemu se doda nastavak – ska kiselina. Taj ugljikov atom ima redni broj jedan.

HCOOH metanska kiselina CH3COOH etanska kiselina CH3CH2COOH propanska kiselina CH3CH2CH2COOH butanska kiselina CH3(CH2)3COOH pentanska kiselina CH3(CH2)4COOH heksanska kiselina CH3(CH2)5COOH heptanska kiselina CH3(CH2)6COOH oktanska kiselina CH3(CH2)7COOH nonanska kiselina CH3(CH2)8COOH dekanska kiselina

Ime soli karboksilnih kiselina se dobiva tako da se temeljnom ugljikovodiku doda nastavak – oat ili kod cikličkih kiselina – karboksilat . Mravlja kiselina – u prirodi je u manjim količinama ima u mravima, pčelama, gusjenicama ili dlačicama koprive. Prilikom uboda pčela nadražuje kožu tako što pocrveni i na njoj nastaju plikovi. To je najjača od monokarboksilnih kiselina. Dobiva se oksidacijom metanala. Soli mravlje kiseline nazivaju se formijati (lat. Formica = mrav). Octena kiselina – pojavljuje se kao sastojak hrane. Odavno je poznata kao sastojak vinskog octa, a nastaje oksidacijom etanola.

Octena se kiselina pri 16,7 ºC skrutne u ledu sličnu masu pa je dobila naziv ledena octena kiselina. Maslačna kiselina – nastaje kvarenjem maslaca zbog čega pokvareni maslac ima neugodan miris i okus. Nalazi se i u znoju, od čega potječe njegov neugodan miris. Mliječna kiselina – dobro se otapa u vodi, njezine soli su laktati. Vrlo je rasprostranjena u prirodi. Ime je dobila po kiselom mlijeku u kojem se nalazi. Bakterije mliječnokiselog vrenja razgrađuju mliječni šećer u mliječnu kiselinu koja daje karakterističan okus kiselom mlijeku. Nalazi se i u mišićima kad se pri napornom radu glukoza u njima razgrađuje u mliječnu kiselinu zbog slabe opskrbljenosti mišića kisikom. Oksalna kiselina – bijela, kristalna tvar, nalazi se u špinatu, zelju, rabarbari, rajčici, grožđu i dr. Kad se takvo povrće i voće jede u velikim količinama javljaju se u urinu netopljivi kalcijev oksalat u obliku sitnih kristalića. Bubrežni kamenci sadrže, najčešće, kalcijev oksalat.

MASTI I ULJA

Masti i ulja su važna skupina spojeva u ljudskoj prehrani. Služe organizmu kao izvor energije, ali i kao materijal od kojeg nastaju drugi biološki važni spojevi. To su esteri alkohola propan-1,2,3-triola (glicerola) i triju viših masnih kiselina koje mogu biti jednake i obično se nazivaju trigliceridima ili triacilglicerolima. Prirodne nezasićene masne kiseline obično imaju dvije, tri ili četiri dvostruke veze i uvijek su cis-izomeri. Životinjski ih organizam ne može sintetizirati, već se moraju u organizam unositi hranom. To su esencijalne masne kiseline. Masti su trigliceridi životinjskog podrijetla i pri sobnoj temperaturi krute tvari. Karboksilne kiseline prisutne u mastima pretežno su zasićene masne kiseline s 12 do 20 ugljikovih atoma u lancu. Tri najčešće masne kiseline u prirodi su: palmitinska (16 C-atoma), stearinska (18 C-atoma) i oleinska (18 C-atoma). Palmitinska kiselina je zasićena masna kiselina i ima oblik ravnog štapića.

Stearinska kiselina je zasićena masna kiselina, sadrži samo jednostruke veze. Dobivena je iz loja.

Oleinska kiselina je nezasićena masna kiselina, ima samo jednu dvostruku vezu zbog čega ima oblik slomljenog štapića.

Trigliceridi biljnog podrijetla i pri sobnoj temperaturi su tekuće tvari iz razloga što su masne kiseline ovih triglicerida uglavnom nezasićene. Biljna se ulja lako kvare na zraku zbog oksidacije s kisikom na dvostrukim vezama nezasićenih masnih kiselina. Stoga se ponekad djelomično hidrogeniraju uz katalizator, pri čemu nastaju polutvrde masti («margarin»). Zasićene su masti uzrok povećanoj koncentraciji kolesterola u krvi, što može uzrokovati aterosklerozu, te srčani i moždani udar. Zbog toga stručnjaci preporučuju da se u prehrani više koristi ulje.

UGLJIKOHIDRATI Ugljikohidrati su spojevi građeni isključivo od atoma ugljika, vodika i kisika (spojevi unutar kojih se nalaze molekule vode). U prirodi su vrlo rasprostranjeni i neophodni za sva živa bića. Opća formula ugljikohidrata: CnH2nOn

Ugljikohidrati nastaju fotosintezom u biljkama, a životinje ih ne mogu sintetizirati, već ih dobivaju posredno iz biljaka (uzimaju ih hranom):

Proizvedena se glukoza odmah dalje iskoristi i biljka ju prerađuje na više načina: ▪ u energijske rezerve - kao škrob ▪ u građevni materijal - kao celulozu ▪ za sintezu drugih tvari potrebnih za preživljavanje.

Prve analize škroba, celuloze i glukoze (grožđanog šećera) načinjene su početkom 19. stoljeća. Ustanovljeno je da te tvari sadržavaju samo ugljik, vodik i kisik. Sve imaju sličnu empirijsku formulu, Cx(H2O)y. Izgledalo je da su to spojevi ugljika i vode → zato je ta skupina spojeva dobila zajednički naziv UGLJIKOHIDRATI. Ugljikohidrati služe kao izvor energije za sve oblike života (glukoza se smatra osnovnom hranidbenom molekulom organizma). Energiju uskladištenu u molekulama ugljikohidrata pomoću kisika iz zraka živa bića u procesu suprotnom fotosintezi prevode u vodu, ugljikov(IV)oksid i energiju potrebnu za rast i preživljavanje. Proces se naziva respiracija ili stanično disanje, a može se pojednostavljeno prikazati reakcijom:

Ugljikohidrati, iako sličnog kemijskog sastava, imaju različita strukturna obilježja pa se dijele na 3 glavne skupine (razlikuju se po broju ugljikovih atoma u molekuli):

MONOSAHARIDI

Jednočlane ugljikohidrate koji se sastoje samo od jedne molekule šećera nazivamo jednostavni šećeri ili monosaharidi (grč. mo'nos – jedan, sam). Monosaharidi se mogu razvrstati : - prema broju ugljikovih atoma u molekuli :

▪ 3 C atoma - trioze ▪ 4 C atoma - tetroze ▪ 5 C atoma - pentoze ▪ 6 C atoma - heksoze

- prema funkcionalnoj skupini u molekuli : ▪ aldoze - sadrže aldehidnu grupu ▪ ketoze - sadrže keto grupu Osim karbonilne skupine monosaharidi imaju dvije ili više hidroksilnih skupina te se dijele na: ▪ polihidroksialdoze – uz aldehidnu skupinu imaju više hidrosilnih skupina ▪ polihidroksiketoze – uz keto skupinu imaju više hidrosilnih skupina Nastavak – oza upućuje na ugljikohidrate. HEKSOZE (ugljikohidrati s 6 C atoma): GLUKOZA i FRUKTOZA imaju lančastu i cikličku strukturu (u živoj stanici su u obliku prstena). Molekulska formula im je ista . Oni su strukturni izomeri. C6H12O6 GLUKOZA, (krvni šećer, grožđani šećer, dekstroza), C6H12O6, je najjednostavniji šećer i najrasprostranjeniji organski spoj na Zemlji. Jedina je aldoza nađena u prirodi kao monosaharid. U obliku polimera glikogena ( u životinjama) i škroba ( u biljkama) predstavlja uskladištenu (rezervnu) energiju. Odrasla osoba ima oko 5-6 g glukoze u krvi što zadovoljava potrebe tijela samo oko 15 minuta, pa se glukoza kontinuirano nadopunjava iz spojeva koji su pohranjeni u jetri. Glukoza je aldoheksoza (aldehid koji sadrži pet - OH grupa i nerazgranati (ravni) lanac ugljikovih atoma). Molekula glukoze ima oblik šesteročlanog prstena s atomom kisika u prstenu. Hidroksilne skupine vezane na prsten zauzimaju točno određen razmještaj u prostoru:

FRUKTOZA, (voćni šećer), je najslađi šećer, iste molekulske formule kao glukoza, C6H12O6. Dolazi u voću i medu, a s glukozom u disaharidu saharozi. Za razliku od glukoze, molekula fruktoze je ketoheksoza tj. peteročlani prsten s jednim atomom kisika u prstenu.

Dokazivanje monosaharida 1. Fehlingov reagens sastoji se od dvije otopine koje se miješaju u volumnom omjeru 1:1 neposredno prije uporabe : • Fehling I je vodena otopina bakrova(II)sulfata • Fehling II je otopina kalijeva, natrijeva tartarata i natrijeva hidroksida u vodi. Otopine koje sadrže ione Cu2+plave su boje. Dodatkom otopine glukoze i zagrijavanjem nastane crvenosmeđi talog bakrova(I)oksida. U modroj galici bakar je dvovalentan, a u bakrovu(I)oksidu jednovalentan. Bakrovi ioni se reduciraju, a glukoza oksidira. 2. Trommerov reagens je smjesa otopine natrijeva hidroksida (W= 10 %) i otopine bakrova(II) sulfata (W= 10 %). 3. Tollensov reagens je smjesa otopine srebrova nitrata, otopine natrijeva hidroksida i razrijeđene otopine amonijaka. Dodatkom otopine glukoze u pripremljen Tollensov reagens dolazi do redukcije srebrovih iona iz otopine u elementarno srebro koje se u obliku zrcala izlučuje na stijenki epruvete. DISAHARIDI

Sastoje se od dvije jedinice monosaharida vezanih glikozidnom vezom tj. jednostrukom kovalentnom vezom dviju molekula monosaharida preko atoma kisika. Najzastupljeniji su među oligosaharidima. Opća formula najčešćih disaharida je što predstavlja kombinaciju dviju jedinica heksoze.

C12H22O11

Pojednostavljena izgradnja disaharida može se prikazati jednadžbom:

Disaharidi su podložni hidrolizi, reakciji s vodom uz katalizator pri čemu se razlažu na monosaharide od kojih su građeni.

SAHAROZA, (stolni šećer), dobiva se iz šećerne repe i šećerne trske.

LAKTOZA, (mliječni šećer)

MALTOZA nastaje razgradnjom škroba i nema je slobodne u prirodi.

POLISAHARIDI Molekule polisaharida su izgrađene od velikog broja međusobno povezanih molekula monosaharida. Takve velike molekule izgrađene od velikog broja jednakih strukturnih jedinki (dijelova molekula) nazivaju se polimerima (grč. poly–mnogo + meros–dio). Prema ulozi se dijele na: ▪ skladišne (rezervne), koje imaju ulogu pričuvne energije (škrob i glikogen) ▪ gradivne, koje izgrađuju djelove organizma (celuloza i hitin) ŠKROB je skladišni polisaharid (nakuplja se u plodovima, sjemenkama, gomoljima i korijenju biljaka). Zrnca škroba sadržavaju najmanje dvije različite vrste molekula: ▪ amiloza, topljiva u vodi, sastoji se od 200-400 jedinica glukoze povezanih α(1-4)-glikozidnom vezom, koje formiraju zavojnicu u koju se može smjestiti molekula joda pri čemu nastaje plavo obojenje.

▪ amilopektin koji se sastoji od nekoliko stotina do nekoliko tisuća molekula glukoze međusobno povezanih na način da molekula amilopektina sliči na granu s mnogo ogranaka. Grananje spriječava stvaranje uzvojnice i zato amilopektin s jodom ne daje plavo obojenje. Ne otapa se u hladnoj vodi, a u vrućoj nabubri.

Biljke i životinje imaju enzime koji hidroliziraju škrob:

GLIKOGEN (animalni škrob) je rezervni polisaharid životinja, nalazi se u mišićima i jetri i ima istu namjenu kao škrob u biljkama. Struktura mu je slična strukturi amilopektina (molekule glukoze povezane α(1-4) i α(1-6)-glikozidnim vezama). U usporedbi sa strukturom molekule amilopektina molekula škroba je više razgranata što omogućuje enzimima hidrolizu glikogena na više mjesta i brže stvaranje glukoze koja je potrebna organizmu. Višak glukoze u tijelu može se upotrijebiti za stvaranje glikogena, koji se, po potrebi, ponovo cijepa u glukozu.

CELULOZA je najrašireniji organski spoj u prirodi i glavni sastojak biljaka (daje čvrstoću). Linearni je polimer koji se sastoji od prosječno 2800 molekula glukoze povezanih β(1-4) glikozidnom vezom u lanac. Životinje i čovjek nemaju enzime koji mogu cijepati β(1-4)-glikozidnu vezu pa ne mogu razgrađivati celulozu u glukozu (naš organizam sadržava enzime koji mogu hidrolizirati samo škrob i glikogen). Celuloza, polisaharid izgrađen od glukoze, dolazi u biljkama i to u lišću (w = 10%), drvenom dijelu biljke (w = 50%) i u pamuku ( w = 100%). Koristi se kao građevni materijal, za proizvodnju topline, vlakna, filmova, baruta, punila…

HITIN je polimer glukoze na koji su mjestimično vezane acetilirane amino skupine. Struktura slična strukturi celuloze. Daje čvrstoću životinjama (tvrdi oklopi rakova i kukaca).

Dokazivanje polisaharida 1. Lugolova otopina je otopina I2 u KI. (dokaz za škrob) Lančasta molekula škroba je uvinuta u spiralu. Karakteristično obojenje s I2-KI posljedica je ulaganja molekularnog joda u spiralu, što uzrokuje snažnu apsorpciju dugovalnog zračenja pa se pojavljuje plavoljubičasto obojenje kompleksa škroba s jodom.

PROTEINI AMINOKISELINE su prirodni spojevi koji istodobno sadržavaju amino-skupinu, –NH2, i karboksilnu skupinu, -COOH.

Zbog takve građe aminokiseline imaju istodobno svojstva lužina i kiselina (amfoterna svojstva): → amino skupina s kiselinama reagira poput amonijaka

→ karboksilna skupina s lužinama reagira poput drugih karboksilnih kiselina

zwitterion – dipolni ion

R

Razlikujemo 20 aminokiselina koje rijetko dolaze u slobodnom stanju, nego su međusobno povezane peptidnom vezom u makromolekule peptida i proteina. PEPTIDNA VEZA nastaje reakcijom karboksilne skupine jedne aminokiseline i amino skupine druge aminokiseline uz eliminaciju vode.

Peptidna veza je planarna (svi atomi su u istoj ravnini). Po jačini i duljini je između jednostruke i dvostruke kovalentne veze. Rezonantne strukture daju peptidnoj vezi značajke parcijalne dvostruke veze.

PEPTIDI su linearni lanci sastavljeni od aminokiselina. Prema broju aminokiselina peptidi mogu biti: 1. DIPEPTIDI Gly-Ala

2. TRIPEPTIDI Gly-Ala-Tyr 3. OLIGOPEPTIDI do najviše 10 aminokiselina

4. POLIPEPTIDI › 10 aminokiselina

Funkcija peptida: ▪ Otrovi (otrovi zmija, pčela, gljiva, tvar koja žari u meduza i moruzgva) ▪ Antibiotici (penicilin, gramicidin) ▪ Hormoni (inzulin, oksitocin, vazopresin)

PROTEINI su molekule izgrađene s više od 100 aminokiselina povezanih peptidnom vezom. Proteini su izuzetno važna skupina prirodnih spojeva s mnogo različitih djelovanja u živom organizmu: ▪ biološki katalizatori → enzimi (tripsin, ribonukleaza, ATP-sintetaza...)

▪ skeletni proteini (kolagen, keratin, elastin...) ▪ regulacijski proteini (Lac-operon, inzulin...) ▪ transportni proteini (hemoglobin, membranski proteini...) ▪ skladišni proteini (kazein, ovalbumin...) ▪ obrambeni proteini (imunoglobulini) ▪ motilni i kontaktilni proteini (aktin, miozin, tubulin...)

Proteini svih vrsta organizama sastavljeni su od samo 20 aminokiselina. Čovječje tijelo sadrži oko 30 tisuća različitih proteina. ☺ Što uvjetuje tako veliku različitost proteina? Uvjetuje je: 1. različit aminokiselinski sastav u proteinima 2. različit broj aminokiselinskih jedinica u proteinima 3. različit slijed ili poredak aminokiselina u proteinu

Struktura proteina Prema strukturi proteini se dijele na: ● Fibrilarne (vlaknaste) proteine – nisu topljivi u vodi

● Globularne (kuglaste) proteine – topljivi su u vodi Kod proteina postoje 4 strukturne razine: 1. Primarna struktura

– čini slijed aminokiselina u polipeptidnom lancu – za prikazivanje primarne strukture rabe se troslovne skraćenice naziva svake

aminokiseline koja ulazi u sastav proteina; skraćenice su međusobno odvojene crticom a nabrajaju se slijeva nadesno

– o njoj ovisi sekundarna struktura 2. Sekundarna struktura

– predstavlja prostorni (sterički odnos) aminokiselinskih ostataka koji su u linearnom slijedu međusobno blizu – tipovi sekundarne strukture:

- lanac aminokiselina namotan - povezivanje paralelnih proteinskih

oko jedne osi lanaca vodikovim vezama (mioglobin, kolagen, keratin...) (svila, živčana tkiva...

– sekundarnu strukturu učvršćuju vodikove veze između amino skupine jedne aminokiseline i karboksilne skupine druge aminokiseline (u α-uzvojnici povezuju se aminokiseline koje su udaljene za 4 mjesta u polipeptidnom lancu, a u β-ploči nasuprotne skupine dvaju lanaca)

3. Tercijarna struktura – je daljnja trodimenzijska struktura dobivena smotavanjem α-uzvojnice ili β-nabrane ploče u prostoru

– tercijarne strukture učvršćuju interakcije među prostorno približenih bočnih ogranaka aminokiselina i pri tome se uspostavljaju: ▪ vodikove veze

▪ ionsko privlačenje ▪ disulfidni mostovi ▪ van der Waalsove sile ▪ hidrofobne interakcije

Proteinski lanac (β-lanac hemiglobina)

4. Kvarterna struktura – imaju samo proteini koji se sastoje od više polipeptidnih lanaca (objašnjava odnos polipeptidnih lanaca)

- kvarterna struktura hemoglobina koja - α- i β-molekule se sastoji od 2 α- i 2 β-podjedinice tubulina u mikrotubulu

Prema građi proteine dijelimo na : ● Jednostavne – sastavljene od aminokiselina (albumini, histoni....) ● Složene – sastavljene od aminokiselina i drugih molekula (glikoproteini, nukleoproteini, kromoproteini...)

Svojstva proteina

Denaturacija je proces narušavanja ili razaranja prirodne prostorne građe molekula proteina (kidaju se vodikove veze). Denaturaciju je moguće postići: UV- zračenjem, kratkovalnim zračenjem, organskim otapalima, jakim kiselinama, jakim bazama, solima teških metala, zagrijavanjem. Pojava grušanja (koagulacije) bitna za probavu. Samo prethodno kulinarski obrađeni (koagulirani) proteini se mogu probaviti. Nekoagulirane proteine koje unosimo u organizam (npr. mlijeko) zgrušaju se u želucu pod utjecajem HCl-a i tako postanu probavljive.

Proteini i zdravlje

Smatra se da bi proteinima u hrani trebalo zadovoljiti 15% dnevne energetske vrijednosti. Dnevno je potreno unijeti u organizam: ● 25-38 g visokokvalitetnih proteina (meso, jaja, mlijeko...)

● 32-42 g manje kvalitetnih namirnica kao što su žitarice i kukuruz ☺ Čovjeku je dnevno potrebno 1 g bjelančevina na 1 kg tjelesne težine!!!!! Čovječji organizam ne može sačuvati proteine (niti esencijalne, niti neesencijalne), već ih gubi iz organizma fekalijama, znojenjem, ljuštenjem kože, šišanjem kose i rezanjem noktiju. Premale količine proteina u dnevnom obroku štete organizmu, dovode do anemija. Prevelike količine proteina u dnevnom obroku štete organizmu, dovode do opterećenja jetre i bubrega, te izlučivanja Ca2+ iona koji su potrebni organizmu za rast kostiju, zuba i prijenos živčanih impulsa.

Dokazivanje proteina 1. Ksantoproteinska reakcija - na uzorak dodati nekoliko kapi koncentrirane dušične kiseline. Nastali talog pažljivo zagrijavati i kad se epruveta ohladi, dodati toliko otopine amonijaka da otopina postane lužnata. Dušična kiselina izaziva grušanje otopine bjelanjka. Zagrijavanjem boja zgrušanog bjelanjka se promijeni u svijetložutu, a dodatkom otopine amonijaka u narančastu. To je dokaz da ispitivani uzorak sadržava proteine. Žuta boja potječe od produkata reakcije dušične kiseline i onih aminokiselina u polipeptidnom lancu koje sadržavaju benzenske jezgre. Spojevi koji nastaju djelovanjem dušične kiseline na tvari koje sadržavaju benzenske jezgre (aromatski nitrospojevi) općenito su žuti. Pozitivnu reakciju daju bjelančevine koje sadrže aromatsku jezgru (npr. tirozin, fenilalanin). 2. Biuretska reakcija – na uzorak dodati jednaki volumen 20 %-tne otopine natrijeva hidroksida (da otopina postane lužnata). Promućkati i zatim dodati samo kap otopine bakrova(II) sulfata. Sadržaj epruvete promućkati. U lužnatoj otopini proteini se hidroliziraju na aminokiseline koje s bakrovim(II) ionima daju ljubičasto obojenje. Stvara se kompleks između Cu2+ iona i dušikovih atoma iz amino skupine u polipeptidnom lancu. Previše modre galice uzrokuje stvaranje plavozelenog taloga bakrova(II) hidroksida. Zbog toga se ljubičasta boja ne vidi iako uzorak možda sadržava proteine. 3. Ninhidrinska reakcija – na uzorak dodati oko 0,5 mL otopine ninhidrina u etanolu i zagrijavati na vodenoj kupelji do vidljive promjene boje. U reakciji vodene otopine ninhidrina i otopine bjelanjka zagrijavanjem se pojavljuje intenzivno ljubičasto obojenje.