Institutionen för medicinsk biokemi och biofysik Biomedicinprogrammet Allmän och organisk kemi Dugga 1. Allmän och organisk kemi: Teorikursens innehåll HT 2006 Förel: Atomens uppbyggnad, periodiska systemet, oorganisk kemi. Förel: Kemisk bindning, polaritet. F&F kap. 1 t o m 1.4, 1.6, 1.7.E, 2 t o m 2.6. Kompendium: Kemisk bindning. Viktiga begrepp: Elektronhöljet, kvanttalen, Aufbau-principen, Hunds regel, Pauliprincipen. Periodiska systemets uppbyggnad, energinivåer för olika orbitaler. Atomradier. Elektronegativitet. Formell laddning. Oxidationstal. Kovalenta, bindande, antibindande, π- och σ- bindningar. Delokaliserade e -. Diatomiska molekylers elektronstruktur. Hybridisering av C, O, N. Heterolytisk och homolytisk klyvning. Jonbindning. Vätebindning. Dipoler. Dipol-dipolbinding, van der Waals bindning. Polaritet. Bindningslängder, -vinklar och energier. Bindningar till bor, fosfor och svavel. Lewissyror och -baser. Funktionella grupper som begrepp. Alkoholer, karbonylgruppen. Fria elektronpar. Labförel: Intr.lab Förel: Labteknik och labsäkerhet. Labkompendiet: Säkerhetsföreskrifter, Vanliga arbetsoperationer. Viktiga begrepp: Hela säkerhetsavsnittet. Reflux, torkmedel, rullindunstaren, fraktionerad destillation (med och utan vakuum), sublimation, omkristallisation, smältpunktsbestämning, exsickatorn, extraktion, separertratt. Förel: Strukturisomeri, nomenklatur. Alkaner. F&F kap. 1.5, 2.7-2.9, 3 tom 3.4. Kompendium: Isomeri, sid 2-5. Nomenklaturkompendium. Viktiga begrepp: Kemiska formler. Mättade, omättade, raka, grenade, cykliska kolväten. Konstitutionsisomer. Kolväten i Tab. 3.1. IUPAC-nomenklatur. Grenade kedjor, namn. Nomenklatur för alkaner, alkener, alkyner, bensen, alkoholer, aldehyder, ketoner, karboxylsyror och samtliga dessa substituerade med halogener, nitrogrupper och fenylgrupper. Kolvätens egenskaper och användning i organisk kemi. Konjugerade dubbelbindningar, bensen, resonansstrukturer. Förel: Geometrisk isomeri. Konformationer, cyklohexan. Optisk isomeri. F&F kap. 4 utom 4.9.D, 4.9.E. Kompendium: Isomeri, sid 6-19. Viktiga begrepp: E/Z, cis/trans (även cykliska). Ekvatoriell/axiell. Stol/båt-form. Newmanprojektioner. Staggered, eclipsed, anti, gauche. Polarimetern. Fischerprojektioner. +/-, d/l, D/L, R/S. Racemisk blandning, diastereomerer, enantiomerer. Erytro/treo/meso. Kiralitet och prokiralitet. Förel: Termodynamik och kinetik Kompendium: Termodynamik och kinetik. Tillägg inför dugga 1. Viktiga begrepp: Jämvikt. Gibbs fria energi, entropi, entalpi. Energiprofil. Exo-/endoterm. Aktiverat komplex/transitition state, aktiveringsenergi, -entalpi, -entropi. Hastighetskonstant. Reaktionsordning, molekylaritet. Katalys. 1
Förel: Syror och baser. F&F kap. 1.7 utom 1.7.E. (Berg sid 14-17). Kompendium: Syror och baser. Viktiga begrepp: Definitioner, ph, pk a etc. Starka och svaga syror och baser och dessas reaktioner i vatten (ej orsak till syrastyrka). Vanliga organiska och oorganiska syror och baser. Vattens autoprotolys. Buffertar, definition, beredning, buffrande förmåga. Beräkningar av ph och phförändringar. Biologiska exempel, exempel på buffertar för biokemiska försök. ph-metern. Förel: Kromatografi och destillation. Kompendium: Kromatografi och destillation. Tillägg inför dugga 1. Labkompendiet: Analysmetodik: GC (bara teori), TLC. Metodik: Destillation, vattenångdestillation, sublimation. Viktiga begrepp: Fördelning, fördelningskoefficient. Stationär och mobil fas. Teoretiska bottnar. Kromatografi baserad på adsorption, fördelning, jonbyte, gelfiltrering, affinitet. Kolonnkromatografi, TLC. Fasdiagram, allmänna gaslagen. Smältpunkt, kokpunkt. Kokpunktsdiagram, azeotroper. Kolligativa egenskaper. Förel: Reaktivitet; Alkylhalider, subst, elim 1&2. F&F kap. 5.3 5.9.D. Viktiga begrepp: Induktiva effekter, resonanseffekter, steriska effekter, exemplifierat med förklaring till syrastyrka. S N 1, S N 2, E1, E2: Definition, mekanism, energidiagram, hastighet, stereokemi, vad bestämmer (strukturer, koncentrationer, lösningsmedel, temperatur). Nukleofilicitet och basicitet. Omlagringar. Saytzeffs regel. Förel: Alkoholer, Grignardreaktioner. Etrar, epoxider, sulfider. F&F kap. 7 t o m 7.7, kap. 8 utom 8.5. Viktiga begrepp: Klassificering och syntes av alkoholer. Grignardreaktioner. Substitution, elimination, förestring av alkoholer. Etrar och epoxider: syntes och substitutionsrektioner. Tioler, sulfider, sulfoxider (kiralitet), sulfoner. Förel: Alkener, alkyner, addition 1&2. F&F kap. 10.1, 10.5, 10.6, 10.7, 10.9.A, 10.9.C, 10.10, 10.12 före A, 10.12.B. Viktiga begrepp: Acetylidjon, elektrofil additionsreaktion, Markovnikovs regel. Anti- Markovnikov-addition. Addition av H 2 O, H 2 SO 4, boran, halogener. Halohydriner. Hydrogenering, stereokemi. Dugga 2. Förel: Aldehyder och ketoner. F&F kap. 13.1-13.2, 13.4-13.5.C, 13.8, 13.9. Kompendium: Karbonylföreningar I och II. Viktiga begrepp: Karbonylgruppens reaktionssätt. Reaktion med vatten, alkohol, HCN, Grignardföreningar, NH 3, aminer, hydroxylamin, hydrazin. Reduktiv aminering. Enolat och tautomerer. Förel: Kolhydrater. F&F kap. 23 (utom 23.6, 23.7, Essay Problem). Viktiga begrepp: Kolhydraterna i Fig. 23.1, formelmässigt. Konfigurationerna, cyklisering, furanos- och pyranos-ringar, Fischer- och Haworthprojektioner, anomerer. 23.5: Glykosider: princip och mekanism, ej exemplen. 23: Ketos-aldosomvandling, uronsyror i princip. 23.8: Eterbildning med dimetylsulfat. 2
Förel: Karboxylsyror. F&F kap. 14.1, 14.3-14.7, 24.1-24.3. Viktiga begrepp: Förklaring till syrastyrka. Reaktion med baser, anjonens reaktion som nukleofil. Förestring, reduktion. Triacylglyceroler, vanliga fettsyror, förtvålning, detergenter, surfactants, miceller. Fosfoglycerider, sfingolipider. Förel: Karboxylsyraderivat. Kondensation. F&F kap. 15.1, 15.3.B, 15.3.C t o m Reaction with organometallic compounds (sid 644-645).15.4.B, 15.4.C. 15.5.B, 15.5.C, 15.6, 15.8.B, 15.8.C (ej NMR), 15.11.D. Kap. 17.1-17.4, 17.6, 17.7.B, 17.8. Kompendium: Karbonylföreningar I och II. Viktiga begrepp: Karboxylsyraderivats reaktivitet. Syntes av syraklorider, reaktion med vatten, alkohol, ammoniak, aminer. Anhydrider: Syntes och reaktioner. Estrar: Syntes och reaktioner, spec. alkalisk och sur hydrolys. Transesterifiering, reaktioner med ammoniak och Grignardreagens, reduktion. Laktoner. Amider: Syntes och reaktioner. Nitriler: Hydrolys och reduktion. α- vätens surhet. Alkylering av malonester och acetättiksyraester. Aldolkondensationer, dehydrering, korsade Claisenkondensationer. Förel: IR, UV. F&F kap. 9.1-9.5, 10.3.A, 22.1-22.3. Labkompendiet: Analysmetodik: IR-spektroskopi; IR-tolkning. Viktiga begrepp: Våglängd, frekvens, vågtal. IR: IR-spektrats uppkomst, sträckning & böjning. Fingerprintregionen. Karakteristika för alkoholer, aminer, karbonylföreningar. UV: Elektronövergångar. Absorbans. Elektronövergångar i konjugerade system vid UV-absorption. Förel: Aromatiska föreningar, bensen. Elektrofil substitution. F&F kap. 11.3-11.8.A, 11.8.C-11.9. Viktiga begrepp: Bensens elektronstruktur. Aromaticitet, Hückels regel, cyklopentadienjoner. Elektrofil aromatisk substitution, mekanism, halogenering, nitrering, alkylering, Friedel-Crafts alkylering och acylering, sulfonering. Andra substitutionen: Aktiverande, deaktiverande, dirigerande grupper. Mekanism. Dugga 3. Förel: NMR. F&F kap. 9.6-9.11, 9.12 före 9.12.A, 10.3.B, 13.3.B, 14.2.B. Labkompendiet: NMR-tolkning. Viktiga begrepp: NMR-spektrats uppkomst, resonans. Downfield/upfield, shielded/deshielded. Kemiskt shift. Induktiva och anisotropiska effekter. Magnetiskt ekvivalenta och ickeekvivalenta protoner, hur man räknar protoner. Spin-spin-koppling, splittring, kemiskt utbyte. Praktisk tolkning av enkla 1 H-NMR-spektra. 13 C-NMR. Förel: Oxidation, reduktion. F&F kap. 7.8.A, 7.8.C, 10.13, 13.6.B, 13.6.D, 13.7, 18.4.B, 23.6, 23.7. Kompendium: Översikt over metoder och reagens för oxidation/reduktion. Viktiga begrepp: Oxidation och reduktion, definition, oxidationstal. Reagens för oxidation av alkoholer, aldehyder, alkener, och för reduktion av karbonylföreningar. Reduktiv aminering. Skillnader mellan metallhydridreagens. Metallreduktioner. Diimidreduktion. Oxidationsmedel: Manganföreningar, kromföreningar, osmiumtetroxid, peroxysyror, ozon. 3
Förel: Aminer och aminosyror. F&F kap. 18: 18.4.A bara Reaction of amines and alkyl halides, 18.5, 18.6, 18.8. Kap. 25: 25.1.A, 25.1.B, 25.3.B, 25.3.C. Viktiga begrepp: Reaktion mellan alkylhalid och amin. Aminers basicitet och vad som bestämmer denna, salter, användning i phase-transfer reactions. Reaktion med salpetersyrlighet. Zwitterjoner. Sidokedjors syra-basegenskaper. Acylering, reaktion med ninhydrin. Förel: Gaskromatografi, masspektrometri, derivatisering för dessa. F&F kap. 22.6-22.9. Alberts sid 489-491. (Berg sid 93-95.) Labkompendiet: Analysmetodik: Gaskromatografi; MS-tolkning. Viktiga begrepp: Gaskromatografens uppbyggnad och verkningssätt, kolonner, detektorer. Isotermisk och temperaturprogrammerad analys. Derivatiseringar. Masspektrometrars uppbyggnad och verkningssätt: jonisering (EI, CI, MALDI, ESI), analysatorer, detektorer. Masspektras utseende (EI). Tolkning av EI-MS spektra. MS av makromolekyler. Förel: Kromatografi och elektrofores. Berg sid 68-75. Alberts sid 481-489. Viktiga begrepp: HPLC:s uppbyggnad och verkningssätt, kolonner, detektorer. Isokratisk och gradient-eluering vid HPLC. Derivatiseringar. Kolonnkromatografi av makromolekyler: exklusion, jonbyte, adsorption och affinitet. Gelelektrofores av proteiner: SDS-PAGE och 2D- PAGE. Kapillärelektrofores. Förel: Radioaktivitet, stabila isotoper, inmärkning. Synteser med kortlivade isotoper, PET. Kompendium: Radioaktivitet, stabila isotoper, inmärkning. Alberts sid 576-579. Viktiga begrepp: Kol- och väteisotoper. Sönderfall genom α, β -, β +, elektroninfångning. Strålning, α, β, γ, Röntgen. Sönderfallslagen, enheter för radioaktivitet. Syntesvägar för inkorporering av H- och C-isotoper, syntes med kort- och långlivade isotoper. Mätmetoder: GM-rör, vätskescintillationsräknare. Efficiency, quenching, mätning av olika isotoper samtidigt. PETkamerans princip. Förel: Radikalreaktioner. Reaktiva syrespecies. F&F kap. 6 t o m 6.4.B, 6.5, 6.6.B, 6.7, 6.8 fram till 6.8.A. Kompendium: Radikalreaktioner. Viktiga begrepp: Vanliga kolcentrerade radikalers relativa stabilitet, struktur. Bildning: Termisk, fotokemisk, elektrolytiskt, med radikalinitiator. Detektion, scavengers, ESR, spin-trap-reagens. Initiering, propagering och terminering. Halogeners olika reaktivitet, energidiagram. NBS. Syre och peroxider som radikalinitiatorer. Hydroxylradikalen, singlettsyre, superoxidanjon: Struktur, bildning, reaktioner. Förel: Polycykliska och heterocykliska föreningar, cykliska lipider. F&F kap. 19.1, 19.6 inkl Tabell 19.1, 19.7 till mitten av sid 805, 19.9 t o m strukturerna överst på sid 811. Kap. 24.4, 24.5 t o m 24.5.A. Viktiga begrepp: Namn på vanliga heterocykliska föreningar. Elektronstruktur och egenskaper hos pyridin och pyrrol. Prostaglandiners principiella struktur, skillnad mellan PGE och PGF. Kolesterols struktur och kolatomernas numrering, α, β-substituenter och axiella/ekvatoriella substituenter. 4
Förel: Pericykliska reaktioner. F&F kap. 16.3 och 21 t o m 21.3.C, 22.3. Kompendium: Pericykliska reaktioner. Viktiga begrepp: Diels-Alder-reaktionen, mekanism och stereokemi. Cykloaddition, elektrocyklisk reaktion, sigmatrop omlagring: Definitioner. Molekylorbitaler i konjugerade polyener, HOMO och LUMO. Symmetritillåtna resp. -förbjudna reaktioner. [2+2]- och [4+2]- cykloadditioner. Elektrocykliska reaktioner, con- resp. disrotatoriska rörelser, stereokemiska konsekvenser. Utanför duggorna. Förel: Skyddande grupper, syntessekvenser. F&F kap. 5.10, 7.10, 13.11, 14.9, 15.12. Kompendium: Skyddande grupper. Läkemedelsutveckling. Viktiga begrepp: Principer för sekvenser. Derivats syra- och alkalistabilitet. Ketaler, tioketaler, iminer, enaminer, enolestrar, enoletrar, cyanohydriner, oximer, acetonider, cykliska karbonat, bensylidenderivat, estrar, amider, silylderivat. Läkemedelsutveckling: Kombinatorisk kemi, High-Throughput Chemistry, Computational Chemistry, fastfas-syntes. F&F Appendix: Nomenclature of organic compounds. Observera att ytterligare kompendier kan komma att delas ut, speciellt i samband med föreläsningar! Krsinn06a;Skapat den 2006-09-14 5