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Description
(Text)
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. "Chemie für Mediziner für Dummies" erklärt Ihnen anschaulich, wie ein Atom aufgebaut ist, welche Arten der chemischen Bindung es gibt, was Komplexverbindungen sind und führt Sie in die Organische Chemie und die Chemie der Naturstoffe ein. Bernd Goldfuß erklärt Ihnen 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.
(Author portrait)
Prof. Bernd Goldfuß ist promovierter Chemiker. Er lehrt seit 2006 "Chemie für Mediziner" an der Universität zu Köln.
Contents
Uber den Autor 17 Einfuhrung 19 Uber dieses Buch 19 Torichte Annahmen uber 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 Molekule fullen den Raum 23 Fest, flussig, gasformig die Aggregatzustande 26 Phasendiagramme Druck und Temperatur auf einen Blick 28 Gase unsere unsichtbaren Begleiter 29 Flussigkeiten anziehend flexibel 31 Feststoffe wir halten zusammen 32 Kapitel 2 Atome unteilbar, aber dennoch spaltbar 33 Das Atom viel leerer Raum um konzentrierte Masse 33 Isotope gleicher Ort, aber unterschiedliche Masse 35 Radioaktivitat Gefahren und Nutzen der Strahlung 38 Radioaktivitat als Krankmacher 39 Radioaktivitat als Helfer 39 Vier fundamentale Krafte doch nur eine ist fur die Chemie relevant 39 Kapitel 3 Chemische Bindungen wie Atome zusammenhalten 41 Wie finden sich bindungswillige Partner? 41 Kovalent: Wir teilen fair! 42 Ionisch: Wenn sich Elektronen auf eine Seite schlagen 42 Metallisch: Von einer Elektronenwolke umhullt 43 Was Atome zusammenhalt 44 Die Quantenchemie und die Gesetze im Mikrokosmos 45 Leuchtende Atome das Atommodell von Bohr 46 Die rettende Gleichung Orbitale fur Elektronen 48 Die Regeln von Hund und Pauli 50 Atomaufbau mit dem Kastchenmodell einfach, aber effektiv 51 Wir halten Ordnung das Periodensystem der Elemente 52 Elektronenkonfiguration und chemische Eigenschaften 53 Endlich verstandlich die Grosse von Atomen 55 Elektronegativitat was Atome anziehend finden 57 Wasserstoff H2 das einfachste kovalent gebundene und neutrale Molekul 58 Methan CH4 Hybridisierung zum perfekten Tetraeder 59 Ammoniak NH3 die Pyramide mit dem freien Elektronenpaar 61 Wasser H2O das gewinkelte Lebenselixier mit Dipolmoment 62 Sigma und Pi Symbole fur Bindungstypen 64 Lewis-Strukturen (I) kovalente Molekule richtig zeichnen 65 Oktettregel und Oktettaufweitung 66 Die Lewis-Strukturen fur polare kovalente Molekule 67 Die Geometrie kovalenter Molekule 69 Sekundare Bindungen auch das ist wichtig fur Biomolekule! 70 Teil II Allgemeine und Anorganische Chemie 71 Kapitel 4 Stochiometrie chemisches Rechnen 73 Praktisch konstant Masse chemischer Reaktionen 73 Grosse Zahl fur kleine Teilchen 74 Mischen moglich korrekte Konzentrationsangaben 74 Dreisatz drei Grossen, eine Losung 75 Kapitel 5 Thermodynamik heisse und kalte Chemie 77 Hin und Her Gleichgewichte in Reaktionen 77 Verschiebung von Gleichgewichten 80 Formen von Gleichgewichten 82 Die Hauptsatze der Thermodynamik 83 Kapitel 6 Kinetik Geschwindigkeit chemischer Reaktionen 87 So schnell kann s gehen das Geschwindigkeitsgesetz 87 Aktivierungsenergie mit Schwung uber den Berg 88 Die Arrhenius-Gleichung Geschwindigkeit, Temperatur und Aktivierungsenergie 89 Von der Kinetik zum Reaktionsmechanismus 89 Katalysatoren die Reaktionsbeschleuniger 90 Katalysatoren Ihre alltaglichen Helfer 90 Enzyme kein Leben ohne Biokatalysatoren 91 Kapitel 7 Losungen 93 Was macht ein Losungsmittel aus? 93 Ohne Wasser geht nichts im Leben 93 Wer lost was? 95 Was geschieht beim Losungsvorgang? 96 Schwerloslich und das ist gut so! 97 Gesattigte Losung, Loslichkeit und Loslichkeitsprodukt 97 Alle zusammen Kolligative Phanomene 98 Kapitel 8 Heterogene Gleichgewichte 101 Gleichgewichte zwischen heterogenen Phasen 101 Fest- und Flussigphasen zum Entgiften und Trennen 102 Fast wie Zauberei Osmose 103 Schrumpfende Zellen, platzende Kirschen Osmose im Alltag 105 Sauberes Blut dank Dialyse 105 Das Membranpotenzial die lebenswichtige Ladungsdifferenz 106 Kapitel 9 Sauren und Basen 109 Wenn Schwefel verbrennt 109 Warum wird Regen sauer? 110 Schwefelsaure die grosse Schwester der Schwefligen Saure 111 Basen die Gegenspieler der Sauren 111 Bronsted auf die Protonen kommt es an 112 Lewis-Sauren und Lewis-Basen Elektronen machen den Unterschied 112 Wasser als Saure und als Base 113 Der pH-Wert negativ und logarithmisch 113 Sauer oder basisch? Alles ausser pH 7! 114 Sauer oder basisch wie stark ist die Verbindung? 115 Wasser nivelliert die maximale Saurestarke 116 Die Berechnung des pH-Werts von Losungen mit starken Sauren 116 Die pH-Wert Berechnung von Losungen mit schwachen Sauren 117 Was macht eine Saure so sauer? 117 Von Rotkohl und Blaukraut pH-Wert-Messungen 118 Kein Leben ohne Puffer pH-Konstanz ist wichtig! 120 Kapitel 10 Oxidation und Reduktion wie Elektronen springen konnen 121 Knallige Redoxreaktion wie Oxidationsstufen helfen konnen 121 Einmal pusten, bitte was Alkohol und Redoxreaktionen verbindet 122 Elektronen hupfen bergab das Prinzip von Redoxreaktionen 124 Redox-Disproportionierung von Wasserstoffperoxid Oxidationsstufen laufen auseinander 124 Redox-Synproportionierung von Ammoniumnitrat Dunger und Sprengstoff 125 Strom aus der Batterie mittels Redoxchemie 125 Die elektrochemische Reihe kombinieren Sie Ihre eigene Batterie 126 Spaltung mit Strom die Elektrolyse 126 Wenn keine Standardbedingungen vorliegen die Nernst-Gleichung 129 Kapitel 11 Komplexe 131 Komplex, aber nicht kompliziert 131 Koordinative Bindungen von ionisch bis kovalent 132 Wie stabil ist der Komplex? 134 Metalle in der Zange der Chelat-Effekt 134 Komplexe, die heilen 135 Teil III Organische Chemie einfache Bausteine fur grossartige Molekule 137 Kapitel 12 Bindung und Geometrie die vier Arme des C-Atoms 139 Organisch oder nicht wo ist denn da der Unterschied? 139 Kohlenstoff ein ganz besonderes Atom 140 Ordnungsprinzipien im "Organischen Universum" 140 Der wichtigste Baustein die tetraedrische sp3-Hybridisierung 141 Die sp2-Hybridisierung die trigonal-planare Geometrie 143 Die sp-Hybridisierung geradewegs zur linearen Geometrie 144 Kapitel 13 Kohlenwasserstoffe 147 Kohlenwasserstoffe in aller Vielfalt 147 Isomere und Doppelbindungsaquivalente 149 Alkane Homologe des Methans 150 Die Nomenklatur der Alkane 151 Methanproduktion und Erderwarmung 151 Wie viel Energie steckt im Alkan? 153 Spannende Ringe Cycloalkane 154 Cyclohexan praktisch spannungsfrei 158 Alkene addieren gern 159 Diene durch Konjugation stabilisiert 160 Aromaten besonders stabil und delokalisiert 161 Aromaten substituieren lieber 163 Das Gift entsteht im Korper toxische Kohlenwasserstoffe 163 Kapitel 14 Stereochemie 167 Die Chemie in 3D 167 Isomere unterschiedlich trotz gleicher Summenformel 167 Stereoisomere der Raum macht den Unterschied 168 Konformere ganz fix von einem Isomer zum anderen 169 Konfigurationsisomere planar, ohne Stereozentren 171 Konfigurationsisomere mit Stereozentren 172 Enantiomere der Milchsaure 174 Fischer-Projektion die D- und L-Formen der Milchsaure 174 Die R- und S-Formen der Milchsaure CIP-Nomenklatur 175 Optische Aktivitat rechts- oder linksdrehend 176 Wie unterschiedlich sind Enantiomere? 177 Kapitel 15 Reaktionsmechanismen 181 Die vier Reaktionstypen der (organischen) Chemie 181 Polar oder radikalisch? 182 Die radikalische Substitution SR zur Synthese der Halogenalkane 183 Die aliphatische Substitution SN1 mit tert.-Butylbromid 185 SN2 mit Methylbromid ein anderer nukleophiler Substitutionsmechanismus 187 SEAr die elektrophile aromatische Substitution 189 Kapitel 16 Alkohole und Ether 191 Ethanol und Methanol alkyliertes Wasser 191 Die Alkylgruppe macht den Unterschied 193 Die Wertigkeit von Alkoholen 193 Erfrischend alkoholisch Menthol 194 Phenole wenn Aryl anstatt Alkyl gebunden ist 195 Ein (echt?) scharfes Phenol Capsaicin 197 Ether zweifach-alkyliertes Wasser 197 Ether als Narkotikum 198 Zyklische, gespannte Ether reaktiv und toxisch 198 Nitroglycerin ein explosives Arzneimittel 200 Kapitel 17 Schwefelverbindungen 201 Schwefel- und Sauerstofforganyle Unterschiede trotz formaler Gemeinsamkeiten 201 Vom Gestank zum Aroma 202 Die biologisch so wichtige Disulfidbrucke 203 Sulfoxide, Sulfonate und Sulfate 205 Weitere nutzliche Schwefelverbindungen 206 Kapitel 18 Amine 209 Alkylierter Ammoniak organische Amine 209 Amine als Basen 210 Amine als Nukleophile 211 Alkaloide und biogene Amine wunderbare Wirkungen 211 Kapitel 19 Aldehyde und Ketone 213 Der Alleskonner die Carbonylfunktion 213 Aldehyde und Ketone durch die Oxidation von Alkoholen 214 Nachweis fur Aldehyde Fehling- und Tollens-Probe 215 Die Reaktion der Carbonylreste mit Nukleophilen: Hydrate 216 Reaktionen mit Alkoholen bilden Halb- und Vollacetale 217 Aus der Reaktion mit Aminen entstehen Aminale 218 Enolate: der leichte Weg zu Carbanionen 219 Keto-Enol-Tautomerie 220 Die perfekte C-C-Bindungsbildung Aldol-Additionen 221 Kapitel 20 Carbonsauren und Derivate 223 Aziditat dank Carbonylfunktion 223 Es geht noch saurer Ameisensaure 223 Die Esterbildung 224 Verseifung 225 Weitere wichtige Derivate von Carbonsauren 226 Kapitel 21 Heterocyclen 229 Funfring-Heterocyclen mit Stickstoff 229 Heterocyclen mit Sauerstoff und Schwefel 230 Stickstoffhaltige Sechsring-Heterocyclen 231 Weitere Stickstoff-haltige Heterocyclen 232 Teil IV Alles naturlich Biochemie 233 Kapitel 22 Aminosauren und Proteine 235 Primare und sekundare Naturstoffe 235 Amino(carbon)sauren 235 Die 20 proteinogenen Aminosauren 236 Der Rest bringt den Unterschied 238 Der isoelektrische Punkt 239 Die Peptidbindung 240 Grosse Vielfalt durch Variation 241 Sekundar-, Tertiar- und Quartarstrukturen von Proteinen 242 Kapitel 23 Kohlenhydrate 245 Hydrate des Kohlenstoffs? 245 Kohlenhydrate woher sie kommen, wohin sie gehen 246 Monosaccharide die kleinen Bausteine der Kohlenhydrate 246 D-Glucose und D-Fructose die sussen Monosaccharide 247 D-Glucose vom Hydroxyaldehyd zur Pyranose 249 Die Mutarotation der D-Glucose 250 D-Fructose vom Hydroxy-Keton zur Furanose 251 Von Glucose zur Fructose und zuruck 251 Disaccharide glykosidisch gebunden 253 Noch mehr Glykoside 255 Einfach riesig Polymere aus D-Glucose 256 Kapitel 24 Lipide 259 Lipophile aus Liebe zum Fett 259 Energie aus Fetten 260 Phospholipide in Zellmembranen 261 Fettsauren ungesattigt besonders wertvoll 262 Auf- und Abbau von Fettsauren 264 Eine Schmerztablette, bitte! Acetylsalicylsaure hemmt Cyclooxygenasen 265 Kapitel 25 Nukleinsauren 267 Der Kern des Lebens 267 Die Nukleinbasen 268 Der genetische Code 268 Zucker und Nukleinbasen bilden Nukleoside 270 Mit Phosphorsaure zum Nukleotidester 271 DNA und RNA sind Polyester 272 Basenpaarung durch Wasserstoffbrucken 273 Teil V Top-Ten-Teil 277 Kapitel 26 Valenzstrich (Lewis)-Strukturen 279 Der Bindungsstrich zwei Elektronen, die Atome verbinden 279 Elektronenkonfiguration und Kastchenschema 280 Freie Elektronenpaare (lone pairs) 280 Ungepaarte Elektronen in Radikalen 281 Oktettaufweitung bei Elementen ab der dritten Periode 281 Grenzstrukturen (I): induktiver Effekt 282 Grenzstrukturen (II): konjugativer ("mesomerer") Effekt 282 Dreidimensionale Geometrie 282 Relative und absolute Konfiguration 283 Absolute Konfiguration nach Fischer 283 Kapitel 27 Zehn sensationelle Molekule 285 Stabiler geht es nicht Adamantan 285 Ein stabiles Carben 285 Ein stabiles C-Radikal 286 Hoch gespannt und aromatisch 286 Ein dreidimensionaler Aromat 287 Ein Kohlenwasserstoff-Wurfel 287 Ein kleiner, billiger, hocheffektiver Katalysator fur C-C-Kupplungen 287 Ein Kohlenstoff-Tetraeder 288 Ein Fussball nur aus Kohlenstoff 288 Der invertierte Tetraeder [1.1.1]Propellan 289 Stichwortverzeichnis 291
