Chemie für Mediziner für Dummies

Chemie für Mediziner Titrieren bis der Arzt kommt - Erste Hilfe für Ihre Chemie-Prüfung Wenn Sie sich für ein Medizinstudium entschieden haben, müssen Sie sich auch mit der Chemie auseinandersetzen. Aber keine Sorge, dieses Buch bereitet Sie optimal auf die anstehende Prüfung vor. Bernd Goldfuß erklärt Ihnen anschaulich, wie ein Atom aufgebaut ist, welche Arten der chemischen Bindung es gibt oder was Komplexverbindungen sind und führt Sie in die Organische Chemie und die Chemie der Naturstoffe ein. So erfahren Sie alles, was Sie als Mediziner über die Chemie wissen müssen - von der Struktur von Penicillin bis zu den chemischen Phänomenen, die der Dialyse zugrunde liegen. Sie erfahren - Was Sie über anorganische und organische Chemie sowie Biochemie wissen müssen - Was Elektronegativität, Osmose, Katalysatoren und Orbitale sind - Wie die DNA, Proteine und Kohlenhydrate chemisch aufgebaut sind

Prof. Bernd Goldfuß ist promovierter Chemiker. Er lehrt seit 2006 im Rahmen der »Chemie für Mediziner«-Ausbildung an der Universität zu Köln.

Über den Autor 7 Einführung 19 Über dieses Buch 19 Törichte Annahmen über den Leser 20 Wie dieses Buch aufgebaut ist 20 Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 20 Wie es weitergeht 20 Teil I: Grundlagen - das Wesentliche zum Einstieg 21 Kapitel 1: Materie -woraus wir bestehen und was uns umgibt 23 Materie - Atome und Moleküle füllen den Raum 23 Fest, flüssig, gasförmig - die Aggregatzustände 27 Phasendiagramme -Druck und Temperatur auf einen Blick 30 Gase -unsere unsichtbaren Begleiter 31 Flüssigkeiten - anziehend flexibel 33 Feststoffe - wir halten zusammen 34 Kapitel 2: Atome - unteilbar, aber dennoch spaltbar 35 Das Atom - viel leerer Raum um konzentrierte Masse 35 Isotope - gleicher Ort, aber unterschiedliche Masse 38 Radioaktivität - Gefahren und Nutzen der Strahlung 40 Radioaktivität als Krankmacher 40 Radioaktivität als Helfer 41 Vier fundamentale Kräfte - doch nur eine ist für die Chemie relevant 41 Kapitel 3: Chemische Bindungen -wie Atome zusammenhalten 43 Wie finden sich bindungswillige Partner? 43 Kovalent: Wir teilen fair! 44 Ionisch: Wenn sich Elektronen auf eine Seite schlagen 45 Metallisch: Von einer Elektronenwolke umhüllt 45 Was Atome zusammenhält 46 Die Quantenchemie und die Gesetze im Mikrokosmos 47 Leuchtende Atome - das Atommodell von Bohr 48 Die rettende Gleichung - Orbitale für Elektronen 50 Die Regeln von Hund und Pauli 52 Atomaufbau mit dem Kästchenmodell - einfach, aber effektiv 53 Wir halten Ordnung - das Periodensystem der Elemente 54 Elektronenkonfiguration und chemische Eigenschaften 55 Endlich verständlich - die Größe von Atomen 57 Elektronegativität - was Atome anziehend finden 58 Wasserstoff H2 - das einfachste kovalent gebundene und neutrale Molekül 60 Methan CH4 - Hybridisierung zum perfekten Tetraeder 61 Ammoniak NH3 - die Pyramide mit dem freien Elektronenpaar 63 Wasser H2O - das gewinkelte Lebenselixier mit Dipolmoment 64 Sigma s und Pi p -Symbole für Bindungstypen 65 Lewis-Strukturen (I) -kovalente Moleküle richtig zeichnen 66 Oktettregel und Oktettaufweitung 68 Die Lewis-Strukturen für polare kovalente Moleküle 69 Die Geometrie kovalenter Moleküle 71 Sekundäre Bindungen - auch das ist wichtig für Biomoleküle! 71 Teil II: Allgemeine und Anorganische Chemie 73 Kapitel 4: Stöchiometrie - chemisches Rechnen 75 Praktisch konstant -Masse chemischer Reaktionen 75 Große Zahl für kleine Teilchen 76 Mischen möglich - korrekte Konzentrationsangaben 77 Dreisatz -drei Größen, eine Lösung 78 Kapitel 5: Thermodynamik - heiße und kalte Chemie 79 Hin und Her -Gleichgewichte in Reaktionen 79 Verschiebung von Gleichgewichten 82 Formen von Gleichgewichten 84 Die Hauptsätze der Thermodynamik 85 Kapitel 6: Kinetik - Geschwindigkeit chemischer Reaktionen 89 So schnell kann's gehen - das Geschwindigkeitsgesetz 89 Aktivierungsenergie -mit Schwung über den Berg ... 90 Die Arrhenius-Gleichung - Geschwindigkeit, Temperatur und Aktivierungsenergie 91 Von der Kinetik zum Reaktionsmechanismus 91 Katalysatoren - die Reaktionsbeschleuniger 92 Katalysatoren - Ihre alltäglichen Helfer 92 Enzyme - kein Leben ohne Biokatalysatoren 93 Kapitel 7: Lösungen 95 Was macht ein Lösungsmittel aus? 95 Ohne Wasser geht nichts im Leben 95 Wer löst was? 97 Was geschieht beim Lösungsvorgang? 98 Schwerlöslich - und das ist gut so! 99 Gesättigte Lösung, Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt 99 Alle zusammen - Kolligative Phänomene 101 Kapitel 8: Heterogene Gleichgewichte 103 Gleichgewichte zwischen heterogenen Phasen 103 Fest-und Flüssigphasen zum Entgiften und Trennen 105 Fast wie Zauberei - Osmose 105 Schrumpfende Zellen, platzende Kirschen - Osmose im Alltag 107 Sauberes Blut dank Dialyse 107 Das Membranpotenzial - die lebenswichtige Ladungsdifferenz 108 Kapitel 9: Säuren und Basen 111 Wenn Schwefel verbrennt 111 Warum wird Regen sauer? 112 Schwefelsäure - die große Schwester der Schwefligen Säure 113 Basen -die Gegenspieler der Säuren 114 Brønsted - auf die Protonen kommt es an 114 Lewis - Säuren und Lewis -Basen - Elektronen machen den Unterschied 115 Wasser als Säure und als Base 115 Der pH-Wert - negativ und logarithmisch 116 Sauer oder basisch? Alles außer pH 7! 116 Sauer oder basisch - wie stark ist die Verbindung? 117 Wasser nivelliert die maximale Säurestärke 119 Die Berechnung des pH-Werts von Lösungen mit starken Säuren 120 Die pH-Wert Berechnung von Lösungen mit schwachen Säuren 120 Was macht eine Säure so sauer? 120 Von Rotkohl und Blaukraut - pH-Wert- Messungen 121 Kein Leben ohne Puffer - pH-Konstanz ist wichtig! 123 Kapitel 10: Oxidation und Reduktion - wie Elektronen springen können 125 Knallige Redoxreaktion - wie Oxidationsstufen helfen können 125 Einmal pusten, bitte - was Alkohol und Redoxreaktionen verbindet 126 Elektronen hüpfen bergab - das Prinzip von Redoxreaktionen 128 Redox-Disproportionierung von Wasserstoffperoxid - Oxidationsstufen laufen auseinander 129 Redox-Synproportionierung von Ammoniumnitrat - Dünger und Sprengstoff 130 Strom aus der Batterie mittels Redoxchemie 130 Die elektrochemische Reihe - kombinieren Sie Ihre eigene Batterie 131 Spaltung mit Strom - die Elektrolyse 133 Wenn keine Standardbedingungen vorliegen - die Nernst-Gleichung 134 Kapitel 11: Komplexe 135 Komplex, aber nicht kompliziert 135 Koordinative Bindungen - von ionisch bis kovalent 136 Wie stabil ist der Komplex? 138 Metalle in der Zange - der Chelat-Effekt 138 Komplexe, die heilen 139 Teil III: Organische Chemie - einfache Bausteine für großartige Moleküle 141 Kapitel 12: Bindung und Geometrie - die vier Arme des C-Atoms 143 Organisch oder nicht - wo ist denn da der Unterschied? 143 Kohlenstoff - ein ganz besonderes Atom 144 Ordnungsprinzipien im »Organischen Universum« 145 Der wichtigste Baustein - die tetraedrische sp3-Hybridisierung 145 Die sp2-Hybridisierung - die trigonal-planare Geometrie 147 Die sp-Hybridisierung - geradewegs zur linearen Geometrie 148 Kapitel 13: Kohlenwasserstoffe 151 Kohlenwasserstoffe in aller Vielfalt 151 Isomere und Doppelbindungsäquivalente 153 Alkane - Homologe des Methans 154 Die Nomenklatur der Alkane 155 Methanproduktion und Erderwärmung 155 Wie viel Energie steckt im Alkan? 157 Spannende Ringe - Cycloalkane 158 Cyclohexan - praktisch spannungsfrei 162 Alkene addieren gern ... 163 Diene - durch Konjugation stabilisiert 164 Aromaten - besonders stabil und delokalisiert 165 Aromaten substituieren lieber 166 Das Gift entsteht im Körper - toxische Kohlenwasserstoffe 167 Kapitel 14: Stereochemie 169 Die Chemie in 3D 169 Isomere - unterschiedlich trotz gleicher Summenformel 170 Stereoisomere - der Raum macht den Unterschied 170 Konformere - ganz fix von einem Isomer zum anderen 171 Konfigurationsisomere - planar, ohne Stereozentren 173 Konfigurationsisomere - mit Stereozentren 174 Enantiomere der Milchsäure 176 Fischer-Projektion - die D-und L-Formen der Milchsäure 176 Die R-und S-Formen der Milchsäure - CIP-Nomenklatur 177 Optische Aktivität - rechts-oder linksdrehend 178 Wie unterschiedlich sind Enantiomere? 179 Kapitel 15: Reaktionsmechanismen 183 Die vier Reaktionstypen der (organischen) Chemie 183 Polar oder radikalisch? 184 Die radikalische Substitution - SR zur Synthese der Halogenalkane 185 Die aliphatische Substitution - SN1 mit tert.-Butylbromid 187 SN2 mit Methylbromid - in anderer nukleophiler Substitutionsmechanismus 189 SEAr - die elektrophile aromatische Substitution 191 Kapitel 16: Alkohole und Ether 193 Ethanol und Methanol - alkyliertes Wasser 193 Die Alkylgruppe macht den Unterschied 195 Die Wertigkeit von Alkoholen 195 Erfrischend alkoholisch - Menthol 196 Phenole - wenn Aryl anstatt Alkyl gebunden ist 197 Ein (echt?) scharfes Phenol - Capsaicin 199 Ether - zweifach alkyliertes Wasser 200 Ether als Narkotikum 201 Zyklische, gespannte Ether - reaktiv und toxisch 201 Nitroglycerin - ein explosives Arzneimittel 202 Kapitel 17: Schwefelverbindungen 205 Schwefel-und Sauerstofforganyle - Unterschiede trotz formaler Gemeinsamkeiten 205 Vom Gestank zum Aroma 206 Die biologisch so wichtige Disulfidbrücke 208 Sulfoxide, Sulfonate und Sulfate 209 Weitere nützliche Schwefelverbindungen 211 Kapitel 18: Amine 213 Alkylierter Ammoniak - organische Amine 213 Amine als Basen 214 Amine als Nukleophile 215 Alkaloide und biogene Amine - wunderbare Wirkungen 216 Kapitel 19: Aldehyde und Ketone 217 Der Alleskönner - Die Carbonylfunktion 217 Aldehyde und Ketone durch die Oxidation von Alkoholen 218 Nachweis für Aldehyde - Fehling-und Tollens-Probe 219 Hydrate: Wasser-Addukte der Carbonylfunktion 220 Halb-und Vollacetale durch Reaktionen mit Alkoholen 221 Aus der Reaktion mit Aminen entstehen Aminale 221 Enolate: der leichte Weg zu Carbanionen 223 Keto-Enol- Tautomerie 224 Die perfekte C-C- Bindungsbildung - Aldol-Additionen 225 Kapitel 20: Carbonsäuren und Derivate 227 Azidität dank Carbonylfunktion 227 Es geht noch saurer - Ameisensäure 227 Die Esterbildung 229 Verseifung 229 Weitere wichtige Derivate von Carbonsäuren 231 Kapitel 21: Heterocyclen 233 Fünfring-Heterocyclen mit Stickstoff 233 Heterocyclen mit Sauerstoff und Schwefel 235 Stickstoffhaltige Sechsring-Heterocyclen 235 Weitere Stickstoff-haltige Heterocyclen 236 Teil IV: Alles natürlich - Biochemie 237 Kapitel 22: Aminosäuren und Proteine 239 Primäre und sekundäre Naturstoffe 239 Amino(carbon)säuren 240 Die 20 proteinogenen Aminosäuren 240 Der Rest bringt den Unterschied 242 Der isoelektrische Punkt 243 Die Peptidbindung 244 Große Vielfalt durch Variation 246 Sekundär-, Tertiär-und Quartärstrukturen von Proteinen 246 Kapitel 23: Kohlenhydrate 249 Hydrate des Kohlenstoffs? 249 Kohlenhydrate - woher sie kommen, wohin sie gehen 250 Monosaccharide - die kleinen Bausteine der Kohlenhydrate 251 D-Glucose und D-Fructose - die süßen Monosaccharide 252 D-Glucose - vom Hydroxyaldehyd zur Pyranose 254 Die Mutarotation der D-Glucose 255 D-Fructose - vom Hydroxy-Keton zur Furanose 255 Von Glucose zur Fructose und zurück 256 Disaccharide -glykosidisch gebunden 257 Noch mehr Glykoside 259 Einfach riesig -Polymere aus D-Glucose 260 Kapitel 24: Lipide 263 Lipophile - aus Liebe zum Fett 263 Energie aus Fetten 264 Phospholipide in Zellmembranen 265 Fettsäuren - ungesättigt besonders wertvoll 266 Auf-und Abbau von Fettsäuren 268 Eine Schmerztablette, bitte! -Acetylsalicylsäure hemmt Cyclooxygenasen 269 Kapitel 25: Nukleinsäuren 271 Der Kern des Lebens 271 Die Nukleinbasen 272 Der genetische Code 273 Zucker und Nukleinbasen bilden Nukleoside 274 Mit Phosphorsäure zum Nukleotidester 275 DNA und RNA sind Polyester 276 Basenpaarung durch Wasserstoffbrücken 277 Teil V: Top-Ten- Teil. 281 Kapitel 26: Zehn Tipps zur Aufstellung von Lewis-Strukturen 283 Der Bindungsstrich - zwei Elektronen, die Atome verbinden 283 Elektronenkonfiguration und Kästchenschema 284 Freie Elektronenpaare (lone pairs) 284 Ungepaarte Elektronen in Radikalen 285 Oktettaufweitung bei Elementen ab der dritten Periode 285 Grenzstrukturen (I): induktiver Effekt 286 Grenzstrukturen (II): konjugativer (»mesomerer«) Effekt 286 Dreidimensionale Struktur 286 Relative und absolute Konfiguration 287 Absolute Konfiguration nach Fischer 287 Kapitel 27: Mehr als zehn sensationelle Moleküle 289 Stabiler geht es nicht - Adamantan 289 Ein stabiles Carben 289 Ein stabiles C-Radikal 290 Hoch gespannt und aromatisch 290 Ein dreidimensionaler Aromat 291 Ein Kohlenwasserstoff-Würfel 291 Ein kleiner, billiger, hocheffektiver Katalysator für C-C- Kupplungen 291 Ein Kohlenstoff-Tetraeder 292 Ein Fußball nur aus Kohlenstoff 292 Der invertierte Tetraeder - [1.1.1]Propellan 293 Woher kommen die Stickstoffatome in Ihrem Körper? 293 Ein schwebender Magnet dank Supraleitung 293 Abbildungsverzeichnis 295 Stichwortverzeichnis 307