Post on 06-Apr-2015
Naturstoffe Theoretische Grundlagen und
Einführung in das Naturstoffisolationspräparat
in den LaborübungenOrganische Chemie
Marko D. Mihovilovic
Institut für Angewandte Synthesechemie
Laborübungen Organische Chemie
Literatur
• Organische Chemie IIEberhard Breitmaier, Günther JungGeorg Thieme VerlagISBN 3-13-541601-1
• Lehrbuch der Organischen ChemieHans Beyer, Wolfgang WalterS. Hirzel VerlagISBN 3-7776-0438-0
Überblick
• Grundprinzipien der Naturstoffisolation am Beispiel -Limonen• Chiralität• Zucker• Aminosäuren• Nucleotidbausteine• Terpene• Steroide• Lipide• Alkaloide
Naturstoffisolation-Limonen• Gewinnung der Orangenschalen
– Schälen & Pektin entfernen
– Zerkleinern
– Feuchteinwaage Schalen
• Extraktion mit CH2Cl2– Apparaturaufbau
– Rückflußkochen
• Aufarbeitung– Phasentrennung
– Trocknung
– Eindampfen
– Rohproduktmenge
• Produktreinigung– Vakuumdestillation
– Reinproduktmenge
– Siedepunkt, Brechungsindex
Limonen
*
ChiralitätChiralitätszentren
ChiralitätCahn-Ingold-Prelog Nomenklatur
• Zuordnung der Prioritäten– Ordnungszahl (Massenzahl)
z.B.: I > Br > Cl > S > O > N > 13C > 12C > Li > 3H > 2H > 1H
– Folgesubstituenten (höchste OZ/MZ, dann Zahl)
– Auflösung von Doppel- & Dreifachbindungen
• Räumliche Ausrichtung & Drehsinn– niedrigste Priorität nach hinten
– im/gegen Uhrzeigersinn R/S
SR
ZuckerAldosen & Ketosen
Oxidationsstufe
Nach vorne
D-Zucker
Fischer-Projektion
ZuckerPyranosen & Furanosen
Halbacetal/ketal-Bildung
ZuckerPosition der OH-Gruppen in Glucose
Anomerer Effekt
ZuckerGlucose
ZuckerFructose
ZuckerZuckerchemie
OHH
OH H
OH H
CHO
H OH
CH2OH
OHH
OH H
OH H
H OH
CH2OH
COOH
Br2
Gluconsäure
OHH
OH H
OH H
H OH
COOH
COOH
HNO3/NaNO2
OHH
OH H
OH H
H OH
CH2OH
CH2OH
Na/Hg
MeNO2 - Nef-Rxn
NaIO4 - Abbau-Rxn
selektiveSchützung
ZuckerDisaccharide
ZuckerPolysaccharide
Cellulose
Stärke
Aminosäuren
NH2 COOH
glycine, G (gly)
NH2 COOH
alanine, A (Ala)
NH2 COOH
valine, V (Val)
NH2 COOH
leucine, L (Leu)
NH2 COOH
isoleucine, I (Ile)
COOHNH
proline, P (Pro)
NH2 COOH
phenylalanine, F (Phe)
NH2 COOH
OH
tyrosine, Y (Tyr)
NH2 COOH
NH
tryptophane, W (Trp)
Aliphatische Aminosäuren
Aromatische Aminosäuren
Aminosäuren
NH2 COOH
SH
cysteine, C (Cys)
NH2 COOH
S
methionine, M (Met)
NH2 COOH
OH
serine, S (Ser)
NH2 COOH
OH
threonine, T (Thr)
Sauerstoffhältige Aminosäuren
Schwefelhältige Aminosäuren
AminosäurenSaure Aminosäuren
Basische Aminosäuren
NH2 COOH
NH2
lysine, K (Lys)
NH2 COOH
NH
NH2
NH
arginine, R (Arg)
NH2 COOH
N
NH
histidine, H (His)
NH2 COOH
CONH2
asparagine, N (Asn)
NH2 COOH
CONH2
glutamine, Q (Gln)
NH2 COOH
COOH
aspartate, D (Asp)
NH2 COOH
COOH
glutamate, E (Glu)
AminosäurenAminosäuresynthesen
NH
NH
O
OCH2O
NaCN
(NH4)2CO3 RCHO
Base NH
NH
O
O
R
H2
NH
NH
O
O
R
Über Hydantoine
RCHO
NH3
R NH
HCN
R NH2
CN
R NH2
COOH
Strecker
AminosäurenDie Amidbindung
NH2
R1
COOH NH2
R2
COOH+ NH2
R1
O
NH
R2
COOH
AminosäurenPolypeptidsynthesen
NH2
R1
COOH NH2
R2
COOH+ NH2
R1
O
NH
R2
COOH
Schutzgruppen
NH
R1
COOHO
O
NH2
R2
COOMe+ N
H
R1
O
NH
R2
boc COOMe
DCC-Aktivierung
AminosäurenProteinstrukturhierarchien
NH2 COOH
glycine, G (gly)
NH2 COOH
alanine, A (Ala)
NH2 COOH
valine, V (Val)
NH2 COOH
leucine, L (Leu)
NH2 COOH
isoleucine, I (Ile)
COOHNH
proline, P (Pro)
NH2 COOH
phenylalanine, F (Phe)
NH2 COOH
OH
tyrosine, Y (Tyr)
NH2 COOH
NH
tryptophane, W (Trp)
NH2 COOH
SH
cysteine, C (Cys)
NH2 COOH
S
methionine, M (Met)
NH2 COOH
OH
serine, S (Ser)
NH2 COOH
OH
threonine, T (Thr)
NH2 COOH
NH2
lysine, K (Lys)
NH2 COOH
NH
NH2
NH
arginine, R (Arg)
NH2 COOH
N
NH
histidine, H (His)
NH2 COOH
CONH2
asparagine, N (Asn)
NH2 COOH
CONH2
glutamine, Q (Gln)
NH2 COOH
COOH
aspartate, D (Asp)
NH2 COOH
COOH
glutamate, E (Glu)
Aliphatische A.S.
Arom
atische A
.S.
S-hältige A.S.
O-hältige A.S.
basische A.S.saure A.S. Amid-SK A.S.
Primärs
truktu
r Sekundärstru
ktur
Tertiärstruktur
Quartärstruktur
NaturstoffisolationGrundlagen der Terpenchemie
Isopren(2-Methyl-1,3-butadien)
Prenyl-Rest
OcimenC10H16
• Isopreneinheiten
Terpenklassen
NaturstoffisolationTerpenklassen
NaturstoffisolationGerüstnomenklatur
NaturstoffisolationTerpenverbreitung
• Sekundäre Stoffwechselprodukte von Pflanzen• Ätherische Öle & Riechstoffe• Pheromone• Bitterstoffe• Wachstumsregulatoren• Abwehrstoffe• Vitamine
Geraniol
OH O
Citral A Limonen (-)-Menthol
OH* *
*
* O
D-(+)-Campher
*
*
-Carotin
The History of Taxol (Paclitaxel)
Taxol (Paclitaxel)
O
OHH O
AcO
OHAcO O
BzO
O
OH
BzHN
1958: NCI initiates screening program of 35000 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: NCI starts phase I clinical trials1985: NCI starts phase II clinical trials 1991: Bristol-Myers Squibb selected by
NCI as commercial partner1992: approval for Taxol1994: total synthesis (Nicolaou, Holton)1995: clearance for semisynthetic
paclitaxel
Registered Drugs for Treatment
ovarian cancer breast cancer non-small cell lung cancer resistant murine melanoma cell lines
Taxol (Paclitaxel)
O
OHH O
AcO
OHAcO O
BzO
O
OH
BzHN
Bristol-Myers SquibbTaxotere (Docetaxel)
O
OHH O
AcO
OHOH O
BzO
O
OH
NH
O
O
Aventis (Rhone-Poulenc)
Naturstoffisolation
Steroide
Naturstoffisolation
Steroide
Naturstoffisolation
Steroide
NucleinsäurenAufbau
OPO
OHO
O N
N
N
N
NH2
OPO
OHO
O
HO
N
N
N
N
NH2
(OH)
Purinbase
Nucleosid
Ribose / Desoxyribose
Phosphat
Nucleotid
5‘ Ende
3‘ Ende
NucleinsäurenBasen
Pyrimidinbasen
N
NH
O
NH2
NH
NH
O
O
NH
NH
O
O
Cytosin Uracil Thymin
Purinbase
N
N NH
N
NH2
NH
N NH
N
O
NH2
Adenin Guanin
NucleinsäurenBasenpaarung
NucleinsäurenDNA vs. RNA
DNA
RNA
LipideFette
OCOR
OCOR
OCOR
Triglyceride = Glycerin + Fettsäure
Wachse
R O
O
R'
Wachse = Fettsäure + langkettiger Alkohol
Seifen
AlkaloidePyrrolidin-, Piperidin- & Pyridinalkaloide
NH
ConiinN
NNicotin
Tropanalkaloide
Atropin
N
O
O
OH
Cocain
N COOMe
O
O
Chinolin/Isochinolinalkaloide
N
OMe
OMe
MeO
MeO
N
N
OH
MeO
O
OH
OH
N
H
Papaverin Chinin Morphin