Alkohole e - geochemie.ifg.uni-kiel.de · die Hydroxylfunktion am C-Atom 10 oder 13 positioiniert...
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Alkohole
Wasser Alkohol
R = Alkyl
Ether
R = Alkyl
H3C OH
CH3CH2 OH
Methanol
Ethanol
R CH2OH R CH R'
OH
R C R'
OH
R''primärer Alkohol sekundärer Alkohol tertiärer Alkohol
Ethylenglycol Glycerin Phenol d-Chlorbutanol
OH
OH
H
H
H
HOH
OH
OH
H
H
H
H
HOH
ClH2C
H2C
H2C
H2C OHabgd
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H H
O
H R
O
R R
O
R R R
R
R R
Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Alkohole – Dipolmomente - Polarität
HO
HO
HH
H H
O HH
H HH H108.9° 111.7°104.5°
Alkohole – Redoxreaktionen
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Redox: Oxidation = e—Abgabe Reduktion = e--Aufnahme
Oxidation organischer Moleküle = H-Abgabe (Deprotonierung)
Oxidation organischer Moleküle = O-Aufnahme)
Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Alkohole – Schmelz- und SiedeverhaltenM
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Alkohole - Eigenschaften
Physikochemische Eigenschaften von Alkoholen, analogen Halogenalkanen und Alkanen
Verbindung IUPAC- Trivial- Schmelzpunkt Siedepunkt Löslichkeit
CH3OH Methanol Methylalkohol - 97.8 65.0 unbegrenzt
CH3Cl Chlormethan Methylchlorid - 97.7 - 24.2 0.74 g/100 ml
CH4 Methan - 182.5 - 161.7 3.5 ml (g)/100 ml
CH3CH2OH Ethanol Ethylalkohol - 114.7 78.5 unbegrenzt
CH3CH2Cl Chlorethan Ethylchlorid - 136.4 12.3 0.477 g/100 ml
CH3CH3 Ethan - 183.3 - 88.6 4.7 ml (g)/100 ml
CH3CH2CH2OH 1-Propanol Propylalkohol - 126.5 97.4 unbegrenzt
CH3CHOHCH3 2-Propanol Isopropylalkohol - 89.5 82.4 unbegrenzt
CH3CH2CH2Cl 1-Chlorpropan Propylchlorid - 123.1 47.1 0.27 g/100 ml
CH3CHClCH3 2-Chlorpropan Isopropylchlorid - 117.2 35.7 0.305 g/100 ml
CH3CH2CH3 Propan - 187.7 - 42.1 6.5 ml (g)/100 ml
CH3CH2CH2CH2OH 1-Butanol Butylalkohol - 89.5 117.3 8.0 g/100 ml
(CH3)3COH 2-Methyl-2-propanol tert-Butylalkohol 22.5 82.2 unbegrenzt
CH3(CH2)4OH 1-Pentanol Pentylalkohol - 79.0 138 2.2 g/100 ml
(CH3)3CCH2OH 2,2-Dimethyl- Neopentylalkohol 53.1 114 unbegrenzt
1-propanol
Name name in °C in °C in H2O bei 23°C
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Alkohole – Vorkommen
Langkettige, kristalline Alkohole treten mit weiteren Alkyllipiden (n-Alkanen, Aldehyden, Carbonsäuren, Estern, Diketonen) in Blattwachsen auf, wobei in Angiospermen geradzahlige Ketten-längen von 24 bis 32 C-Atomen dominieren. Gymnospermen Blattwachse hingegen führen vor allem C29-Alkohle, bei denen die Hydroxylfunktion am C-Atom 10 oder 13 positioiniert ist.
Mittelkettige Alkohole mit 16 und 18 C-Atomen sind in Algen und Mikroben ubiquitär. Weitere Alkohole treten auf, wobei die Kettenlänge bevorzugt geradzahlig ist.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Ester: Vorkommen langkettige Wachsester
Langkettige Wachsester sind typische Wachsbestandteile.Wachse bauen flexible Schutzschichten an der Grenzfläche Organismus/Atmosphäre auf, mit denen sich Pflanzen und Tiere (Insekten) gegen Feuchtigkeitsverlust schützen.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
BienenwachsM
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Ester: Vorkommen mittelkettiger Glycerolester
Mittelkettige Glycerolester fungieren als Energiespeicher und wenn eine Bindungspartner des Glycerols eine Phosphatgruppe ist, vor allem als Membranlipide. Typische Kettenlängen der Fettsäuren sind 16 und 18 C-Atome.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Saccharide
Kohlenhydrate oder Zucker sind Komponenten, die formell C:H:O im Verhältnis 1:2:1 aufweisen, d.h. Hydrate des Kohlenstoffs darstellen (CH2O)n. Monomere Zucker haben meist 4 bis 7 C-Atome, die offenkettig (Ketoform) oder als Ring (Enolform) vorliegen können.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Saccharide
Monomere Zucker mit 5 C-Atomen werden als Pentosen bezeichnet und erfüllen wichtige Funktionen beim DNA- und RNA-Aufbau. Diejenigen mit 6 C-Atomen werden als Hexosen bezeichnet und stellen wichtige Energiespeicher sowie Gewebebausteine dar.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Saccharide - Steroisomerie
Stereoisomere sind optisch aktiv und rotieren polarisiertes Licht aus der Einfallsebene nach rechts oder links. In biologischen Systemen dominieren die D-Saccharide.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Polysaccharide
Strukturen gängiger Polysaccharide
Strukturen glycosidischer Bindungen
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Saccharide
Stickstoffhaltige Zuckerderivate des Polysaccharides Peptidoglycan.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Hydroxyl-Lipide M
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Glycosyl-Lipide
Zuckerhaltige Lipide mit Diol, Triol oder Ketool Aglyconen bauen die Zellwandmembran von heterocystösen Cyanobakterien auf, welche eine effektive Diffusionsbarriere für freien Sauerstoff bilden, der die Aktivität von nif-Genen und damit die N-Fixierung behindert. Die Variabilität der Glyco-Reste (Pentosen sind eher marin, Hexosen eher limnisch) sowie des Aglycones besitzt chemotaxonomischenWert und die der Aglycone ist zudem ein guter Temperaturindikator.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Zellaufbau und BiomoleküleM
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Zellaufbau und BiomoleküleM
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Nucleotide
Die makromolekularen Nukleinsäuren Desoxyribonukleinsäure (DNA) sowie Ribonukleinsäure (RNA)sind aus vielen Monomeren aufgebaut (Nukleotiden), die wiederum jeweils aus:- einer Pentose, - einer Stickstoffbase- einem Phosphatrestbestehen.
(DNA)
(RNA)
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Nucleotide
Stickstoffbasen der DNA und RNA: Purine sind N-3-gebunden, Pyrimidine über N-1 mit dem Zucker der Pentose verknüpft. Die Buchstaben C,T,U,A,G bezeichnen die Basen.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Nucleotide
Bestandteile des für den Energietransfer wichtigen Nukleotides Adenosintriphosphat (ATP).
Der Energiegewinn aus der Hydrolyse einer Phosphoanhydrit-Bindung (welliges Bindungssymbol) ist größer als die eines Phosphatesters, was ATP zur Funktion als Biobatterie qualifiziert.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
DNA-Struktur
Bei der DNA sind als Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin (A,G,C,T) möglich. In RNA ersetzt Uracil das Thymin (A,G,C,U).
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
DNA-Struktur - Erhaltungsfähigkeit Überlieferung von DNA und RNA (aDNA) in geologischen Archiven ist sehr begrenzt und daher, obwohl kontrovers diskutiert, auf maximal 100 bis 300 ka begrenzt. Neandertal aDNA von 30 bis 50 ka scheint aber gesichert. Probleme bereitet v.a. post-mortem Mutation von DNA, die bei PCR Amplifikation zu Fehlern führt. Frühere, auf Kontamination beruhende Irrtümer, sind inzwischen durch rigorose Protokolle eher selten. Halbwertszeiten von DNA selbst unter idealen Bedingungen betragen 10 ka.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Peptide
(Poly-) Peptide oder auch Eiweiße werden aus vielen Aminosäure-Monomeren aufgebaut. R1 und R2 bezeichnen die variablen funktionellen Gruppen der jeweiligen an der Peptidbindung beteiligten Aminosäure.Peptidbindungen sind, vor allem bei niedrigen pH-Werten sehr leicht hydrolisierbar, so dass monomere Aminosäuren in der Biosphäre schnell rezyklisiert werden.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
AminosäurenM
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Stereochemie der Aminosäuren
Stereoisomere Moleküle besitzen ein chiralesZentrum (asymetrischesC-Atom) und sind allein durch Spiegelung ineinander überführbar. In der Natur dominiert jeweils ein enzymatisch synthetisiertes Isomer. Beim Transfer von Bio-molekülen in die Geo-sphäre isomerisiert die biologische Konfiguration in die thermodynamisch günstigere bis ein Gleichgewichtszustand (Equilibrium) erreicht ist.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Aldehyde - Auftreten
Langkettige Aldehyde treten zusammen mit n-Alkanen, Alkoholen, Carbonsäuren und Estern in Blattwachsen auf, wobei Kettenlängen von 24 bis 32 C-Atomen dominieren.
Die Kettenlänge der Aldehyde und anderer Wachslipide variiert über die Wachstumsperiode.M
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Langkettige Diole und Ketoole - Auftreten
Langkettige Diole und Keto-ole treten in hohen Konzentrationen diversen marinen Algenspezies auf (v.a. by Eustigmaophyten und Baciallariophyten), wobei Kettenlängen von 28 bis 32 C-Atomen und Hydroxylpositionen an C1, jeweils mit C13, C14, oder C15 dominieren.
Die Verteilung von Diolen gegenüber Ketoolen, die relativen Anteile der Diole oder Ketoole mit unterschiedlicher Kettenlänge zueinander, sowie die Position der Hydroxylfunktionalität werden massgeblich von der Temperatur gesteuert und in den Diol- oder Long-chain Diol-Indices als Paelotemperaturproxies genutzt.
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Kapitel 3 - Stoffgruppe Alkohole, Ester und Ketone
Ketone - Auftreten
Ketone werden häufig als Oxidationsprodukte sekundär generiert,
sie treten jedoch auch als biosynthetisierte Naturstoffe auf.
Häufig sind langkettige Ketone in Blattwachsen, hierbei meist mit
Bevorzugung ungeradzahliger Analoge wie C27, C29, C31.
Einen Sonderfall stellen
langkettige, ungesättigte
C37 bis C40 Methyl- und
Ethylketone dar, die in
Prymnesiophyten Algen
(Coccolithen) auftreten.
Ihre Zusammensetzung
wird von der Wassertem-
peratur der Umgebung
gesteuert.
C
O
R R__
__
C37:2
Me
C37:3Me
C37:4Me
Keto-
Gruppe Doppelbindung
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lte
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