Naturstoffe. Theoretische Grundlagen und Einführung in das Naturstoffisolationspräparat in den Laborübungen Organische Chemie

Transkript

1 Institut für Angewandte Synthesechemie aturstoffe Theoretische Grundlagen und Einführung in das aturstoffisolationspräparat in den Laborübungen rganische Chemie Florian Rudroff SS2016 Laborübungen Syntheseprkatikum

2 Literatur rganische Chemie II Eberhard Breitmaier, Günther Jung Georg Thieme Verlag ISB Lehrbuch der rganischen Chemie ans Beyer, Wolfgang Walter S. irzel Verlag ISB

3 Überblick Grundprinzipien der aturstoffisolation am Beispiel a-limonen Chiralität Zucker Aminosäuren ucleotidbausteine Terpene Steroide Lipide Alkaloide

4 aturstoffisolation a-limonen Gewinnung der rangenschalen Schälen & Pektin entfernen Zerkleinern Feuchteinwaage Schalen Extraktion mit C 2 Cl 2 Apparaturaufbau Rückflußkochen Aufarbeitung Phasentrennung Trocknung Eindampfen Rohproduktmenge Produktreinigung Vakuumdestillation Reinproduktmenge Siedepunkt, Brechungsindex * Limonen

5 Biologische Aktivität Small-molecule drugs natural products 39% 6% 27% natural product derivatives derived pharmacophores 23% 5% natural product mimic de novo drugs

6 Chiralität Chiralitätszentren

7 Chiralität Cahn-Ingold-Prelog omenklatur Zuordnung der Prioritäten rdnungszahl (Massenzahl) z.b.: I > Br > Cl > S > > > 13 C > 12 C > Li > 3 > 2 > 1 Folgesubstituenten (höchste Z/MZ, dann Zahl) Auflösung von Doppel- & Dreifachbindungen Räumliche Ausrichtung & Drehsinn niedrigste Priorität nach hinten im/gegen Uhrzeigersinn R/S R S

8 Zucker Aldosen & Ketosen Fischer-Projektion xidationsstufe D-Zucker ach vorne

9 Zucker Pyranosen & Furanosen albacetal/ketal-bildung

10 Zucker Aldosen-Stammbaum 1 Triose 2 Tetrosen 4 Pentosen 8 exosen

11 Zucker Ketosen-Stammbaum

12 Zucker Position der -Gruppen in Glucose Anomerer Effekt

13 Zucker Glucose

14 Zucker Fructose

15 Zucker Zuckerchemie C 2 Gluconsäure Br 2 C 3 /a 2 Me 2 - ef-rxn a/g C 2 ai 4 - Abbau-Rxn C 2 C 2 selektive Schützung

16 Zucker Disaccharide

17 Zucker Polysaccharide Cellulose Stärke

18 Zucker Technologische Rohstoffe Kohlehydrate Lignocellulose Chitin

19 Aromatische Metabolite Phenole Eugenol Vanillin Resveratrol

20 Aromatische Metabolite Flavone Chalkone Flavone Typ-2 Metabolite

21 Aminosäuren Aliphatische Aminosäuren glycine, G (gly) alanine, A (Ala) valine, V (Val) 2 leucine, L (Leu) 2 isoleucine, I (Ile) proline, P (Pro) Aromatische Aminosäuren 2 phenylalanine, F (Phe) 2 tryptophane, W (Trp) 2 tyrosine, Y (Tyr)

22 Aminosäuren Sauerstoffhältige Aminosäuren 2 2 serine, S (Ser) threonine, T (Thr) Schwefelhältige Aminosäuren S S 2 2 cysteine, C (Cys) methionine, M (Met)

23 Aminosäuren Saure Aminosäuren C 2 C aspartate, D (Asp) glutamate, E (Glu) asparagine, (Asn) glutamine, Q (Gln) Basische Aminosäuren lysine, K (Lys) arginine, R (Arg) histidine, (is)

24 Aminosäuren Aminosäuresynthesen Strecker R C 3 R C C R 2 R 2 Über ydantoine C 2 ( 4 ) 2 C 3 ac RC Base R 2 R

25 Aminosäuren Die Amidbindung 2 R1 R R1 R2

26 Aminosäuren Polypeptidsynthesen Schutzgruppen 2 R1 R R1 R2 R1 R2 + boc 2 CMe R1 R2 CMe DCC-Aktivierung

27 Aminosäuren Proteinstrukturhierarchien glycine, G (gly) alanine, A (Ala) valine, V (Val) 2 tryptophane, W (Trp) 2 leucine, L (Leu) 2 isoleucine, I (Ile) proline, P (Pro) 2 S tyrosine, Y (Tyr) 2 phenylalanine, F (Phe) 2 cysteine, C (Cys) 2 S methionine, M (Met) 2 serine, S (Ser) 2 threonine, T (Thr) 2 aspartate, D (Asp) 2 lysine, K (Lys) 2 2 arginine, R (Arg) 2 basische A.S. 2 histidine, (is) 2 glutamate, E (Glu) 2 C 2 2 C 2 Amid-SK A.S. asparagine, (Asn) glutamine, Q (Gln)

28 aturstoffisolation Grundlagen der Terpenchemie Isopreneinheiten Isopren (2-Methyl-1,3-butadien) Prenyl-Rest cimen C Terpenklassen

29 aturstoffisolation Terpenklassen

30 aturstoffisolation Gerüstnomenklatur

31 aturstoffisolation Terpenverbreitung Sekundäre Stoffwechselprodukte von Pflanzen Ätherische Öle & Riechstoffe Pheromone Bitterstoffe Wachstumsregulatoren Abwehrstoffe Vitamine * * * * * * Geraniol Citral A Limonen (-)-Menthol D-(+)-Campher -Carotin

32 The istory of Taxol (Paclitaxel) Ac Bz Bz Ac Taxol (Paclitaxel) 1958: CI initiates screening program of plants for anticancer activity 1963: bark of Pacific Yew (Taxus brevifolia) tree found to be active 1971: paclitaxel identified as bioactive compound 1979: elucidation of mode of action 1983: CI starts phase I clinical trials 1985: CI starts phase II clinical trials 1991: Bristol-Myers Squibb selected by CI as commercial partner 1992: approval for Taxol 1994: total synthesis (icolaou, olton) 1995: clearance for semisynthetic paclitaxel

33 Registered Drugs for Treatment ovarian cancer breast cancer non-small cell lung cancer resistant murine melanoma cell lines Ac Bz Bz Ac Bz Ac Taxol (Paclitaxel) Bristol-Myers Squibb Taxotere (Docetaxel) Aventis (Rhone-Poulenc)

34 aturstoffisolation Steroide

35 aturstoffisolation Steroide

36 aturstoffisolation Steroide

37 ucleinsäuren Aufbau 2 P 2 Purinbase 5 Ende Phosphat P ucleotid ucleosid () 3 Ende Ribose / Desoxyribose

38 ucleinsäuren Basen Pyrimidinbasen 2 Cytosin Uracil Thymin Purinbase 2 2 Adenin Guanin

39 ucleinsäuren Basenpaarung

40 ucleinsäuren DA vs. RA DA RA

41 Lipide Fette CR CR CR Triglyceride = Glycerin + Fettsäure Wachse R R' Wachse = Fettsäure + langkettiger Alkohol

42 Lipide Seifen Biodiesel

43 Alkaloide Pyrrolidin-, Piperidin- & Pyridinalkaloide Coniin (Schierling) icotin (Tabak) Lysergsäurediethylamid (LSD, Mutterkorn) Tropanalkaloide Procain Atropin (Tollkirsche) Cocain (Cocastrauch) Lidocain

44 Alkaloide Chinolin/Isochinolinalkaloide Papaverin (Mohn) Chinin (Chinarinde) Morphin Codein eroin Methadon

45 Alkaloide Purinalkaloide Koffein (Kaffee, Tee) Theophyllin (Tee) Theobromin (Kakao) arnsäure

46 Alkaloide Phenethylamine Dopamin eurotransmitter Ephedrin abschw. der asenschleimhäute Adrenalin Stresshormon Amphetamin (Appetitzügler) "Speed" "Ecstasy" - Mescalin (Peyote, Kaktus) Serotonin Melatonin Acetylcholin alluzinogen ormon Tag/acht Rhythmus eurotransmitter

47 Alkaloide Synthesen Reduktion rac-coniin C C C 3 CR CR C Me Tropinon C 2 Mannich Methylierung Dehydrierung Me Me Me Papaverin Me