Indenfor organisk kemi findes en række forskellige funktionelle grupper. En funktionel gruppe er en karakteristisk kemisk struktur, som giver et molekyle dets egenskaber. De funktionelle grupper er meget vigtig i forhold til, hvor godt et lægemiddel binder i sit target, og dermed hvor godt lægemidlet virker.

Vendespil med funktionelle grupper

Carbonhydrider

Carbonhydrider (Kulbrinter) er kemiske forbindelser, der kun består af carbon (C) og hydrogen (H). Disse forbindelser kan være alkaner, alkener, alkyner eller aromatiske forbindelser, afhængigt af typen af bindinger mellem kulstofatomerne. De forskellige carbonhydrider er illustreret i den grønne boks i figur 21. I denne figur kan det ses, at alkaner har enkeltbindinger, alkener har en dobbelbinding, og alkyner har en trippelbinding. Du kan huske navngivningen ved, at de er i alfabetisk rækkefølge (A, E, Y). En aromatisk ring er en ringstruktur, hvor kulstofatomer deler elektroner i et stabilt, delokaliseret elektronpar, hvilket giver særlig stabilitet. Et eksempel på en aromatisk ring er benzenringen, som består af seks kulstofatomer og seks hydrogenatomer.

Carbonyler

Carbonyler er funktionelle grupper, der indeholder et carbonatom, som er dobbeltbundet til et oxygenatom (C=O). Et udvalg af carbonyler er beskrevet herunder og illustreret i den orange boks i figur 21.

Ketoner
Ketoner er kulbrinter, der indeholder et dobbeltbundet oxygenatom. Den funktionelle gruppe kan fungere som HBA via det dobbeltbundne oxygenatoms to ledige elektronpar.

Aldehyder
Aldehyder er en form for endestillede ketoner, da de kun findes i enden af kulbrintekæder. De kan lave de samme bindinger og interaktioner i target som ketoner, men de bruges sjældent i lægemidler, fordi de nemt oxideres til carboxylsyrer. Dette skyldes, at aldehyder er mere reaktive end ketoner, da de har et hydrogenatom (-CHO), som midlertidigt kan fjernes – en egenskab ketoner ikke har.

Carboxylsyrer
Carboxylsyrer indeholder en OH-gruppe og et dobbeltbundet oxygenatom (carbonyldelen). De kan afgive en hydron (H+), hvilket gør dem til syrer. Dette muliggør dannelsen af ionbindinger med positivt ladede targets. Carboxylsyrer kan også fungere som både HBD og HBA. Ved blodets pH er de ofte deprotonerede og derfor en stærk HBA.

Estere
Estere indeholder en carbonylgruppe og et oxygenatom, der binder til både et carbonatom og carbonylgruppen. De kan fungere som HBA via begge oxygenatomer. Estere bruges ofte til at skjule funktionelle grupper som carboxylsyrer, når et lægemiddel optages i kroppen. Efter optagelsen spaltes esteren til en carboxylsyre og en alkohol, hvilket aktiverer den rette funktionelle gruppe. Dette er også kendt som et prodrug.

Amider
Amider indeholder et oxygenatom, der er dobbeltbundet til et carbonatom, hvor der også er bundet et nitrogenatom. De danner peptidbindinger, som sammensætter aminosyrer til proteiner. Amider kan fungere både som HBA og HBD, men er ikke særligt effektive til dette.

Andre grupper

Alkohol
Alkoholer er funktionelle grupper, der indeholder en OH-gruppe. De kan fungere som HBD via hydrogenatomet og som HBA via oxygenatomets to ledige elektronpar. Alkoholgruppen øger molekylets polaritet, hvilket forbedrer opløseligheden i vand. Alkoholer spiller en vigtig rolle i udviklingen af ny medicin, da de kan danne hydrogenbindinger med targets.

Ether
Ethere er funktionelle grupper, der indeholder et oxygenatom bundet til to kulstofatomer midt i en kulbrintekæde. De kan fungere som hydrogenbindingsacceptorer (HBA).

Halider
Halider er funktionelle grupper, der indeholder et halogenatom, såsom fluor (F), chlor (Cl), brom (Br) eller iod (I). En alkylhalid er en type halid, hvor et hydrogenatom i en alkan er erstattet med et halogen.

Brom- og iodholdige halider bruges sjældent i lægemidler, da de er meget kemisk reaktive. Halider reagerer med nukleofiler, hvorved nukleofilen bindes til molekylet, mens halogenet frigives. Halogenet optræder som elektrofil i denne reaktion, der betegnes som en substitutionsreaktion. Elektronerne fra nukleofilen bevæger sig over på halogenet, hvilket er karakteristisk for en SN2-reaktion. “S” står for substitution, “N” for nukleofil, og “2” angiver, at to molekyler afgør reaktionshastigheden (bimolekylær reaktion).

Amin
Aminer er funktionelle grupper, der indeholder et nitrogenatom bundet til en eller flere kulstofatomer. De kan fungere som hydrogenbindingsdonorer (HBD), hvis nitrogenatomet er bundet til et hydrogen, og som hydrogenbindingsacceptorer (HBA) via nitrogenatomets ledige elektronpar.

  • Primære aminer: Nitrogen bundet til ét carbonatom og to hydrogenatomer.
  • Sekundære aminer: Nitrogen bundet til to carbonatomer og ét hydrogenatom.
  • Tertiære aminer: Nitrogen bundet til tre carbonatomer.

Figur 21. Udvalgte funktionelle grupper.

HBA og HBD

Figur 21. Binding mellem en HBA og en HBD

  • Hydrogen Bond Acceptor (HBA): En gruppe eller et atom, der kan modtage en hydrogenbinding, typisk et oxygen- eller nitrogenatom med frie elektronpar. Market med blå på figur 21.
  • Hydrogen Bond Donor (HBD): En gruppe eller et atom, der kan donere en hydrogenbinding, typisk en hydroxyl (-OH) eller amin (-NH) gruppe. Market med rød på figur 21.

 

Find alle HBA og HBD på figur 22 til højre. Klik for at se svaret.

Zocor sænker kolesterol ved at hæmme dets produktion i leveren og dermed reducerer risikoen for hjertesygdom og slagtilfælde. Alle HBA er markeret med en grøn ring og alle HBD er markeret med en rød ring.

Figur 22. Zocor

Find alle HBA og HBD på figur 23 til højre. Klik for at se svaret.

Acetylsalicylsyre er et smertestillende, febernedsættende og blodfortyndende stof, der hæmmer betændelse og blodpropdannelse.

Den stiplede røde ring: En carboxylgruppe er normalt deprotoneret ved fysiologisk pH og er derfor ikke en HBD, men en stærk HBA

Figur 23. Acetylsalicylsyre

Find alle HBA og HBD på figur 24 til højre. Klik for at se svaret.

Erythromycin hæmmer bakteriers protein syntese og bruges til at behandle infektioner som luftvejs-, hud- og bløddelsinfektioner.

Figur 24. Erythromycin