Chapter 8 Functional Group Chemistry and Biochemistry vol.1

Chapter 8今日のメモ☆

Functional Group（官能基）：有機化学系とBiochemistry（生化学）が合わさった内容
長いので二つに分けて、vol.1はFunctional Groupのお話をメインに。
学生の時有機化学はただ覚えるだけだったけれど、実際現場で働くようになってからは構造式を頭に思い描くこともあったり。。。意外と知っていないとだめなのだなぁと反省したこともあった。
今回はおさらいする良い機会。ただ覚えるだけでなく、じっくり理解しながら進められるようにしたいな。

官能基はionization, solubility, reactivity, chemical stability, invivo metabolic stability等に関係する重要な要素。（その他forming specific bondsにも関連）

親水性と親油性
  - hydrophilicity（親水性）は水に溶解しやすく、gastrointestinal(GI) tractでも溶解する。
    親水基を多く含む薬剤は未変化体のまま排泄されることが多く、代謝を受けにくい。
  - lipophilicity（疎水性）は水に溶解しにくいが、脂溶性の高い細胞膜を透過しやすい。
    疎水基を多く含む薬剤は、代謝を受けやすい。
  - amphoteric drug（両性薬剤）はzwitterion（両イオン分子）を持つため水に溶解しにくい
    [例)アンピシリン等]

酸性の官能基 
 - Carboxylic acid (－C(=O)－OH)　:強酸
 - β-dicarbonyl ( −C(=O)−C=C−)
 - sulfonamide (－S(=O)2－NH－)
 - sulfonylurea (－S(=O)2－NH－C(=O)－)
 - imide (－C(=O)－NH－C(=O)－)
 - tetrazole (－C=N－NH－N＝N）

 特性
  * hydrophilicity
  * ionic, ion-dipole, hydrogen bonds
  * Carboxylic acids: esterfied（エステル化）
  * Metabolism: conjugation（抱合） w/ glucronic acid, glycine, glutamine

塩基性の官能基
 - aliphatic and alicyclic amine (－NH2, －NH－,　－N－2)　：強塩基
 - aromatic amines (C6－NH2） ：弱い塩基
 - aromatic, heterocyclic nitrogen (環状の中にある－N－：quinoline [6員環], indole[5員環])
 - imine (環状の－N＝）　：弱い塩基
 - hydrazine (－NH－NH2)　：中程度の塩基
 - amidine (環状の－N＝C－NH－）　：中程度の塩基
 - guanidine (－NH－C(=NH)－NH2)　：比較的強い塩基

 特性
  * hydrophilicity
  * ionic, ion-dipole, hydrogen bonds
  * Metabolism
      [amine]: oxidative deamination, acetylation, N-oxidation
                   (conjugation w/glucuronidated, salfated, methylated) 
      [aromatic amine]: acetylation
      [heterocyclic nitrogen]: N-oxidation, N-dealkylation
      [imine, hydrazine, amidine, guanidine]: oxidative deamination, acetylation, N-oxidation

その他の親水基
 - hydroxyl group (－OH)
  * ion-dipole, hydrogen bonds
  * esterified（エステル化）
  * Metabolism: conjugation w/ glucuronide, sulfate
      [Primary -OH]: oxidized to aldehydes and then to carboxylic acid
      [Secondary -OH]: oxidized to ketones

 - phenol (C6－OH)  :どちらかというと中性
 - catechol (OH－C6－OH）
  * ion-dipole, hydrogen bonds
  * [catechol]: air oxidation, oxidation on contact w/ ferric ions
  * Metabolism: sulfation, glucuronidation, aromatic hydroxylation, O-methylation

その他の両極性基 
 - ketone (－C(=O)－)
  * lipid soluble
  * ion-dipole, hydrogen bond w/ alcohol & certain amines
  * Metabolism: very stable but reduction to an alcohol

 - ester (－C(=O)－O－)
 - amide (－NH－C(=O)－)
 - lactone (環状ester)
 - lactam (環状amide)
  * hydrogen bonds (acceptors)
  * Metabolism: ezymatic hydrolysis
      [Ester & lactone]: hydrolized to alcohols and carboxylic acids :加水分解されやすい
      [lactam]: N-dealkylation

その他の親油基
 - alkyl group; saturated hydrocarbon chains, links, rings (－CH2－CH2－・・・)
  * van del Waals interactions, hydrophobic bounds
  * Metabolism: oxidation

 - alken (－C=C－)
  * Metabolism: hydration, epoxidation, peroxidation, reduction : alkyl groupより反応性が良い

 - aromatic hydrocarbon (C6H6; benzene or C10H8; naphthalen)
  * van del Waals interactions, hydrophobic bounds, change-transfer interactions
  * Metabolism: oxidation, hydroxylation, epoxidation, diol formation

 - ether (－O－)
  * dipole-induced dipole interactions, hydrogen-bond acceptor
  * Metabolism: O-dealkylation
  * risk of explode

 - alkyl and aromatic halide (－F,－Cl,－Br,－I)
  * "lock" a drug morelcule
  * decrese aromatic oxidation
  * －F only: hydrogen-bond acceptor
  * Metabolism
      [aromatic halide]: not normally metabolized
      [alkyl halide]: oxidative dehalogenation to form aldehydes


Today's question
- Functional Group(官能基)の問題
Q: Whish of the following functional groups can react with hydrochloric acid to form a salt?
(A) Tertiary amines
(B) Carboxylic acids
(C) Amides
(D) Ethers
(E) Secondary alcohols




A: (A) Tertiary amines
Substances that react with acids to form salts must be bases.  Only organic compounds that contain the nitrogen-containing amine group are bases.  While amides contain nitrogen, the adjacent carbonyl group decreases the basicity; therefore, they are essentially neutral.