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Glykoside – Beispiele und Wirkung 07:57 min

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Transkript Glykoside – Beispiele und Wirkung

Guten Tag und herzlich Willkommen. In diesem Video geht es wieder um Glykoside. Zweiter Teil: Beispiele und Wirkung. Es wäre wünschenswert, wenn Ihr als Vorkenntnisse Wissen über Glykoside und Monosaccharide mitbringen würdet. Außerdem sollte euch bekannt sein, was Anomere sind. Ihr solltet über die Ring- und Kettenstrukturen der Monosaccharide gut informiert sein. Die D/L-Nomenklatur sollte euch bekannt sein. Außerdem wisst ihr, was Enantiomere und Diasteromere sind. In diesem Video möchte ich euch einige Beispiele von Glykosiden und deren Wirkung im Organismus vortragen. Der Film ist in sieben Abschnitte gegliedert. Erstens: Glykoside. Zweitens: α-Glykoside und β-Glykoside. Drittens: Aglykone. Viertens: Wirkung. Fünftens: Adriamycin. Sechstens: O-Glykoside und N-Glykoside. Und Siebtens: Zusammenfassung. Erstens: Glykoside. Wir gehen aus von dem Molekül der D-Glukose in Ringstruktur. Es handelt sich hier um die α-D-Glukopyranose. Dieses Molekül stellt ein Halbacetal dar. Diese Verbindung wird mit einem Alkohol oder Phenol zur Reaktion gebracht. Dabei wird ein Molekül Wasser abgeschieden. Es findet eine Veretherung am Sauerstoffatom des Anomerenkohlenstoff-Atoms statt. Die entstandene Verbindung ist Methyl-α-D-Glucopyranosid. Diese Verbindung ist ein Acetal. Wir haben ein Glykosid synthetisiert. Zweitens: α-Glykoside und β-Glykoside. α und β-Glykoside unterschieden sich durch ihre Stellung der Substituenten am Anomeren Kohlenstoff-Atom eins. An den Anomeren die D-Glucose möchte ich das verdeutlichen. Zeigt die Hydroxygruppe nach unten so befindet sie sich in axialer Stellung. Zeigt die Hydroxygruppe nach rechts, so ist die Stellung äquatorial. Im ersten Fall wird dieses Isomer auch als α bezeichnet. Im zweiten Fall als β-Stellung. Die Bezeichnung bei den Glykosiden ist genau wie bei der Glucose. Links haben wir α-Glykosid. Beim Molekül rechts handelt es sich um ein β-Glykosid. Die beiden Isomere bezeichnet man als Anomere. Anomere sind Diastereomere. Drittens: Aglykone. Wenn die organische Gruppe R sehr groß ist, so wird sie mit einem besonderen Namen belegt. Man nennt solche großen Gruppen Aglykone. Wohl gemerkt es handelt sich hier nicht um die chemische Verbindung, sondern nur um den Substituenten R. Viertens: Wirkung. Monosaccharide reagieren mit giftigen oder schädlichen Verbindungen zu weniger schädlichen oder ungiftigen Glykosiden. Fettalkohole reagieren mit Monosacchariden zu Glykosiden. Die Fettalkohole sind unlöslich in Wasser. Die Glykoside sind im Wasser gut löslich. Die entstanden Verbindungen können nun entweder biliär, das heißt über die Leber, oder renal, das heißt über die Galle, den Organismus verlassen. Mit Morphin findet eine Glucurindierungsreaktion statt. Es entsteht Morphin-3-glucuronid. Das bedeutet das Morphin mit dem Monosaccharidenderivat Glucuronsäure reagiert. Während Morphin eine aktive Verbindung ist, so ist das Reaktionsprodukt inaktiv. Die Bildung von Glykosiden steht im engen Zusammenhang mit der Umwandlung und dem Ausscheiden von Arzneimitteln aus dem Körper. Fünftens: Adriamycin. Adriamycin ist ein wichtiges Glykosid und wird auch als Doxorubicin bezeichnet. Der große organische Rest besteht aus vier Sechsringen. Unten links am Molekül sitzt ein Metoxylrest. Die Ringe eins und drei belege ich mit Doppelbindungen. Sie sind aromatisch. Am mittleren Ring befinden sich zwei Ketogruppen, oben und unten. Am Ring drei haben wir es mit zwei Hydroxygruppen, ebenfalls oben und unten zu tun. Am Ring vier befinden sich an einem Kohlenstoff-Atom zwei Substituenten. Und zwar eine Hydroxygruppe und eine Hydroxyacetylgruppe. Die glykosidische Bindung, rot gekennzeichnet, befindet sich am vierten Ring unten. Daran sitzt auch der Zuckerrest: Das Monosaccharidmolekül. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass es sich hier um einen Aminozucker handelt. Das erkennt man an der Aminogruppe NH2 an der Mitte unten. Das ist das gesamte Glykosid. Bemerkenswert ist Chinonstruktur am Ring zwei. Bei Monosaccharid handelt es sich um L-Daunosamin. Adriamycin wird von Mikroorganismen produziert und als Krebsmedikament eingesetzt. Sechstens: O-Glykoside und N-Glykoside. Als Beispiel für ein Glykosid möchte ich hier einen substituierten Aminozucker vorstellen. Es handelt sich hier um ein Glykosid, wie wir es kennen. Die glykosidische Bindung wird durch ein Sauerstoffatom geknüpft. Es handelt sich somit um ein O-Glykosid. Die Kurzform deutet an, dass das Glucosemolekül durch eine Aminogruppe substituiert wurde. An dieser Aminogruppe befindet sich eine Acetylgruppe: Ac. Die glykosidische Bindung befindet sich in β-Stellung. Der organische Rest ist ein Serinrest. So wie er dargestellt, geht dieses O-Glykosid in die Struktur von Peptidketten ein. Alternativ möchte ich euch auch diese Struktur vorstellen. Es handelt sich um ein Aminogalacatosemolekül, dass durch eine Acetylgruppe substituiert wurde. Die glykosidische Bindung wird durch ein Stickstoffatom gebildet. Es handelt sich daher um ein N-Glykosid. Der organische Rest ist ein Asparaginrest. Dieses Molekül geht als Baustein in eine Peptidkette ein. Weitere N-Glykoside treffen wir in der Natur in der DNA und RNA. Siebtens: Zusammenfassung. Aus Monosacchariden können sich O-Glykoside oder N-Glykoside bilden. Die Lage der Substituenten am anomeren Kohlenstoff-Atom kann äquatorial, das ist β oder axial, das ist α, sein. Ist der organische Rest R sehr groß, so nennt man ihn Aglykon. Glykoside sind Bausteine der Peptidketten: der DNA und RNA. Im Video wurde ein Glykosid vorgestellt, was als Krebsmittel Verwendung findet. Giftige oder schädliche Stoffe werden durch Monosaccharide in entsprechende Glykoside überführt. Diese sind weniger schädlich oder giftig als die Ausgangsstoffe. Mitunter wird so die Löslichkeit erhöht. Wie zum Beispiel bei der Reaktion von Fettalkoholen. Die gebildeten Glykoside können dann über die Leber oder die Galle ausgeschieden werden. Fettalkohole sind in Wasser unlöslich. Glykoside weisen in Wasser eine gewisse Löslichkeit auf. Dadurch können sie ausgeschieden werden. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen!

2 Kommentare
  1. Danke. Ich bin Chemiker und muss der Vorlage vertrauen. Ich schaue mal nach, ob es da schon anders steht. Kann aber erst am späten Abeng geschehen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 6 Jahren
  2. "renal eliminiert" heißt über die Niere (und nicht über die Galle) ausgeschieden.

    Von Christoph S., vor mehr als 6 Jahren

Glykoside – Beispiele und Wirkung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Glykoside – Beispiele und Wirkung kannst du es wiederholen und üben.

  • Unterscheide zwischen $\alpha$- und $\beta$-Glykosiden.

    Tipps

    $\alpha$- und $\beta$-Glykoside sind genau definiert.

    Enantiomere besitzen gleiche Schmelzpunkte und gleiche Löslichkeiten in Wasser und Ethanol.

    Lösung

    Man unterscheidet $\alpha$- und $\beta$-Glykosiden ** durch ihre Ausrichtung der C-O-Bindung** am anomeren Kohlenstoffatom 1 voneinander.

    Nach Definition weist die 1-C-O-Bindung im Molekül des $\alpha$-Isomers nach unten. Umgekehrt weist diese Bindung im Molekül des $\beta$-Isomers nach oben.

    $\alpha$- und $\beta$-Isomere sind keine Enantiomere. Das kann man daran erkennen, dass hier keine Bild-Spiegelbild-Isomerie vorliegt.

    $\alpha$- und $\beta$-Isomere sind keine Enantiomere. Außerdem sind es keine Konstitutionsisomere. Bei beiden Molekülen liegt die gleiche Konstitution vor. Das heißt, die entsprechenden Bindungsschemata sind identisch. Daher kann es sich nur um Diastereomere handeln.

    $\alpha$-Glykosid und axiale Stellung der anomeren C-O-Bindung im Molekül sind gleichlautende Begriffe. Die entsprechende Stellung im Molekül des $\beta$-Glykosids nennt man äquatorial.

    $\alpha$-und $\beta$-Glykoside sind keine Konformere. Das erklärt sich aus der Tatsache, dass es sich nicht um Moleküle gleicher Konstitution handelt.

  • Erkläre den Begriff: Aglykon.

    Tipps

    Bei der Entscheidung über den Begriff ist darüber zu befinden, ob man es mit einer Verbindungsklasse zu tun hat.

    Organische Reste haben häufig die Endung „yl“.

    Lösung

    Ein Aglycon ist eine nicht-Zucker-Komponente, bei der die Glycosylgruppe eines Glycosides durch ein Wasserstoffatom ersetzt wurde. Richtig. Das ist die Definition.

    Aglykone sind eigene Verbindungsklassen. Falsch. Es ist ein organischer Rest.

    Aglykone sind organische Reste. Richtig. So kann man es sagen.

    Für das Glucose-Molekül allein ergibt der Begriff des Aglykons keinen Sinn. Richtig, denn die Verbindung ist nicht substituiert.

    Aglykone werden industriell hergestellt. Falsch, denn es sind ja keine chemischen Verbindungen, nur deren Bausteine.

    Aglykone besitzen hohe Schmelzpunkte. Falsch. Nur reine Stoffe schmelzen bei exakt einer Temperatur. Für Strukturelemente ist der Begriff des Schmelzpunktes sinnfrei.

  • Formuliere die Reaktionsgleichung für die Herstellung eines einfachen Glykosids.

    Tipps

    Die cyclische Form des Monosaccharid entsteht durch die Reaktion eines Ketons mit einem Alkohol.

    Lösung

    $\alpha$-D-Glucopyranose + $CH_3-OH$ $\longrightarrow$ Methyl-$\alpha$-D-Glucopyranosid + $H_2O$

    Die Reaktion kann man als Veretherung auffassen; zwei alkoholische Gruppen reagieren miteinander unter Wasserabspaltung.

    Durch das Strukturelement $-O-C-OH$ ist der Zucker ein Halbacetal. Er reagiert mit Methanol. Dabei entstehen ein Acetal und Wasser.

    Halbacetale reagieren mit Alkoholen unter Wasserabspaltung.

  • Bestimme das Produkt bei der Reaktion von Coniferin mit Kaliumdichromat und Schwefelsäure.

    Tipps

    Überlege, was Oxidationen, Reduktionen, Additionen oder Eliminierungen mit dem Edukt bewirken können.

    Bei der Reaktion können sich die Substituenten verändern. Die Anzahl und Anordnung am Benzol-Ring bleiben erhalten.

    Lösung

    Die einzige chemische Verbindung, die unter diesen Verbindungen entsteht, entspricht der dritten Formel von links in der zweiten Zeile.

    Es entsteht die nützliche chemische Verbindung Vanillin.

    Begründung:

    Kaliumdichromat ist ein starkes Oxidationsmittel. Chrom tritt in dieser Verbindung (ein orangefarbenes Salz) in seiner höchsten Oxidationsstufe (Oxidationszahl) von +6 auf. Die durch die Schwefelsäure gelieferten Protonen, die in wässriger Lösung Oxonium-Ionen (Hydronium-Ionen) liefern, ergeben Bedingungen für eine kräftige Oxidation.

    Diese „kalte Oxidation“ führt zur Oxidation von aliphatischen Gruppen und nicht wie die Verbrennung zur kompletten Umwandlung zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.

    Gehen wir nun zeilenweise von links nach rechts durch:

    • 1. Z., 1: Benzoesäure: Falsch. Die Umwandlung zur Carboxy-Gruppe ist denkbar. Die beiden anderen Substituenten verschwinden nicht.
    • 1. Z., 2: Toluol: Falsch. Unter den Bedingungen wird der Methyl-Rest oxidiert.
    • 1. Z., 3: Cyclohexan: Falsch. Das ist ein Reduktionsprodukt.
    • 1. Z., 4: Naphthalin: Falsch. Der Aromat entsteht nicht so einfach aus Benzol. Die Substituenten können lediglich umgewandelt werden. Sie verschwinden nicht.
    • 2. Z., 1: Phenol: Falsch. Könnte aus der glykosidischen Bindung entstehen. Allerdings fehlen zwei Substituenten.
    • 2. Z., 2: Anisol: Falsch. Zwar ist die Methoxy-Gruppe im Edukt enthalten, aber die anderen Substituenten werden durch die Oxidation nicht abgelöst.
    • 2. Z., 3: Vanillin: Richtig. Die Hydroxy-Gruppe $OH-$ entsteht aus der glykosidischen Bindung. Die Methoxy-Gruppe $CH_3-O-$ ist unter den Bedingungen stabil. Der aliphatische Rest wird zum Aldehyd $-CHO$ oxidiert.
    • 2. Z., 4: Hydroxyhydrochinon: Falsch. Die Stellung der Substituenten am Benzol-Ring stimmt. Allerdings liefert die Oxidation aliphatischer Reste keine Hydroxy-Gruppen.
  • Erkenne geeignete Bausteine für die glykosidische Bindung.

    Tipps

    Wichtig ist es, Analogien zu erkennen.

    Überlege, ob du Verbindungen kennst, in denen Halogen-Atome zwei Bindungen eingehen.

    Lösung

    Geignete Bausteine für die glykosidische Bindung:

    Ein Hetero-Atom muss beteiligt sein, an das gegebenenfalls Wasserstoff-Atome gebunden sind.

    Die Oktettregel (OR) (Edelgaskonfiguration) muss erfüllt sein.

    • $-O-$: Sauerstoff-Atom, kommt am häufigsten vor
    • $-S-$: Schwefel-Atom, wie Sauerstoff Element der VI. Hauptgruppe des PSE
    • $-Se-$: Selen-Atom, Element der VI. Hauptgruppe
    • $-Te-$, Tellur-Atom, Element der VI. Hauptgruppe
    • $-NH-$, Amino-Gruppe
    • $-PH-$, analog zur Amino-Gruppe, Stickstoff und Phosphor stehen beide in der V. Hauptgruppe.
    Ungeeignete Bausteine für die glykosidische Bindung:

    • $-F-$: Fluor-Atom, Oktettregel wird nicht erfüllt (neun Valenzelektronen)
    • $-Cl-$: Chlor-Atom, steht wie Fluor in der VII. Hauptgruppe
    • $-Br-$: Brom-Atom, steht wie Chlor in der VII. Hauptgruppe
    • $-I-$: Iod-Atom, steht wie Fluor in der VII. Hauptgruppe
  • Erkenne Strukturbausteine des Adriamycins.

    Tipps

    Alkane weisen eine, mitunter kleine, Kohhlenwasserstoffkette auf.

    Chinone sind cyclische Diketone mit konjugiertem $\pi$-Elektronensystem.

    Alkohole, Ether, Ester und Ketone erkennt man an den typischen funktionellen Gruppen.

    Lösung

    Strukturbausteine des Adriamycins

    Die Ringe werden von links nach rechts gezählt.

    • Aromat: Die Ringe 1 und 3 sind Benzol-Ringe.
    • Ether: Das Fragment $CH_3-O-$ (l. u.) ist gut erkennbar.
    • para-Chinon: Der Ring 2 bildet das Fragment.
    • Hydrochinon: 1,4-Chinon wird durch den Ring 3 gebildet.
    • Alkan: Methylen-Gruppen $-CH_2-$ sind enthalten im Ring 4 und im Sechs-Ring des Glucose-Grundkörpers.
    • Keton: $-CO-$ finden wir in der Seitenkette rechts oben.
    • Alkohol: $OH-$Gruppen treffen wir am rechten Ring, in dessen Seitenketten sowie im Glucosederivat-Fragment.
    • Amin: Die Amino-Gruppe $NH_2-$ ist Bestandteil des Zentralelements des Glucosederivat-Fragments.
    kein Strukturbaustein

    • Antiaromat: Reste wie Cyclobutadienyl oder Cyclotetraoctatetraenyl sind im Molekül nicht vorhanden.
    • Ester: Die typische Gruppe $-COO-$ fehlt.
    • ortho-Chinon: Es ist ein para-Chinon (1,4-Chinon).
    • Resorcin: Das Diphenol ist Hydrochinon (1,4-Phenol).
    • Alken: Doppelbindungen finden wir nur in den Benzol-Ringen.
    • Keten: Das ist ein Keton mit kumulierter C-C-Doppelbindung: $-CH=C=O$. Ein solches Fragment ist im Molekül nicht vorhanden.
    • Enol: Das Fragment $-CH=C(-OH)-$ fehlt im Molekül.
    • Amid: Das Fragment $-CO-NH-$ fehlt im Molekül.