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Synthese verschiedener Ester- und Carbonsäure-amide 2019 · • Die Veresterung des geschützten...
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Folsäure- Gruppe Veresterung von Folsäure mit Methanol Amido- Gruppe Darst. Carbonsäureamid aus Amin und gesch. Carbonsäure Fmoc-Ester- Gruppe Veresterung von Fmoc- Arginin(Pbf)-OH mit Methanol Fmoc-Diamin- Gruppe Synthese von Mono-Fmoc- ethylen-diamin Ver-Ester- Gruppe Veresterung von Asparagin und Decanol Universität Heidelberg Prof. Dr. Krämer Synthese verschiedener Ester- und Carbonsäure-amide 2019 Georg-von-Langen-Schule Berufsbildende Schulen Holzminden Perylen- Gruppe Synthese eines Glycin-Perylen-Derivats Beteiligte Personen: Theresa Schaedel, Frauke Dreier, Rouven Woyciechowski, Frederik Bouazza, Ines Brauer, Julia Albrecht, Nils Risse, Christopher Kloss, Laura Reimold, Mathias Bertram, Jannik Kunkel, Johannes Nolte und Dr. Carsten Wendelstorf Amido-Gruppe NH OH NH O NH NH Fmoc Pbf + C H 3 NH 2 CH 3 ZrCl 4 5mol% Toluol 1M, 110°C NH NH NH O NH NH Fmoc Pbf CH 3 CH 3 Herstellung eines Amids aus einem primären Amin und einer Carbonsäure Reaktionsgleichung und Reaktionsbedingungen Erhaltene Kristalle; nach dem Basisch stellen der wässrigen Phase aus der Aufarbeitung. Im DC zeigt sich die eingesetzte Aminosäure. DC der in DCM aufgenommene n Kristalle. Für unsere Versuche wählten wir die Aminosäure Arginin, welche eine Guanidinstruktur besitzt, aus. Diese könnte durch die freien Elektronenpaare der Stickstoffe möglicherweise gut mit organischen Verbindungen wie dem Heparin wechselwirken. Weiterhin zeigte sich die Kopplung von Perylen mit Aminosäuren aus vorherigen Projekten als grundsätzlich machbar. Im Folgenden war die Überlegung, die Carboxylfunktion als Amid zu schützen, die Fmoc-Schutzgruppe abzuspalten und die erhaltene Substanz anschließend mit dem Perylen zu koppeln. Die Idee: mit Ver-Ester-Gruppe Nach den ersten Syntheseschritt fand eine Umsetzung statt. Nach Zugabe der Toluolsulfonsäure zu der Lösung mit den Asparagin verfärbte sich das Gemisch, welches sich auf den Boden absetzte, leicht Pink. Bei der Umsetzung dürfte aber nicht viel umgesetzt worden sein, wie das DC gezeigt hat. Nach der Zugabe des Decanol dürfte nichts mehr passiert sein. Hier zeigte das DC keinen Unterschied zu den vorherigen Schritt. Fazit: Die gewünschten Ergebnisse wurden bei diesen Projekt leider nicht erreicht. Auf DC-Platten konnte man nur teilweise eine Umsetzung erkennen, welche Prozentual nicht allzu hoch sein dürfte. Herstellung eines Ester mit L-Asparagin und Decanol O NH 2 NH 2 O CH 3 + C H 3 OH O NH 2 NH 2 O O O H Folsäure-Gruppe N N H N N N H 2 O NH NH O O H O OH O N N H N N N H 2 O NH NH O O O O O CH 3 CH 3 + 2 H 3 C-OH p-Toluolsulfonsäure Toluol / 12 h bei 110°C Überlegung: Ausgehend von der Struktur von Aminosäuren, wurde Folsäure als Alternative in Betracht gezogen, um Heparin detektieren zu können. Diese enthält ebenfalls Säurefunktionen von bereits verwendeten Aminosäuren, die verestert werden könnten und Aminofunktion, die an das Heparin binden könnte. Ziel: Veresterung von Folsäure mit Methanol Beobachtungen: Folsäure ist schwer löslich in diversen Lösemitteln, Phasentrennung bei der Aufarbeitung langsam Schlussfolgerung: Aufgrund der schlechten Löslichkeit, kam es zu keiner Umsetzung, die nachgewiesen werden konnte. In NaHCO 3 -Lösung löst sich die Folsäure, jedoch wäre das Reaktionsgemisch dann basisch gestellt. Es könnte nach einem Lösemittel gesucht werden, welches die Säuregruppen deprotoniert, aber keine Verseifung herbei führt. Fmoc-Ester-Gruppe NH NH OH NH N H O Pbf Fmoc + NH NH O NH N H O S O O CH 3 Pbf Fmoc C H 3 S Cl O O +THF +Triethylamin 0 - 10°C Formular Weight: 648,77 Formular Weight: 190,64 Formular Weight: 802,96 NH NH O NH N H O S O O CH 3 Pbf Fmoc + H O C H 3 NH NH O NH N H O Pbf Fmoc CH 3 H H Zielsetzung Uns ging es um die Guanidin-Struktur (s. rechts), die wegen ihrer hohen Aktivität Heparin binden könnte. Diese ist in Arginin enthalten, welches wir, mit zwei Schutzgruppen versehen, einsetzten. Um die Carbonsäure in eine inaktivere Form zu überführen, wollten wir diese verestern. Die Pbf-Gruppe schützt dabei die Guanidin-Struktur. Die Fmoc-Gruppe schützt die Amino-Gruppe, die später an das Perylen gebunden werden soll. Synthese In einer Zweihalskolbenrührapparatur (s. Abb. 1) gaben wir unsere Edukte zusammen, erhitzen für 1 Stunde und rührten für eine Woche nach. Dabei kontrollierten wir unsere Reaktion durch DC-Analytik. Unter UV-Licht zeigte diese mehrere Peaks. Daraus schließen wir, dass statt einer Veresterung eine Aufspaltung unseres Edukts stattfand, wobei wahrscheinlich das Fmoc-Abbauprodukt entstand. (s. Abb. 2). Außerdem fand eine Protonierung des Triethylamins statt, wodurch Triethylaminhydrochlorid- Kristalle entstanden (s. Abb. 3 & 4). Abb. 2: Fmoc-Abbauprodukt Abb. 4: Kristalle unter Lupe Abb. 3: Kristalle an Wandung Abb. 1: Apparatur Ziel: Die Idee bei unserem Projekt bestand darin, ein Diamin einseitig mit Fmoc-Chlorid zu schützen und es dann an das Perylen zu substituieren. Danach sollte durch Erhöhung des pH-Wertes die Schutzgruppe wieder entfernt werden. Eine Aminogruppe für weitere Reaktionen sollte so eingefügt werden. Fazit: Die Synthese einer neuen Substanz ist gelungen, jedoch konnte sie nicht weiter analysiert werden. Möglicherweise ist als Nebenreaktion ein Polymer entstanden, da alle Lösungs- versuche gescheitert sind. Fmoc-Diamin-Gruppe O O Cl + N H 2 NH 2 O NH O NH 2 Formula Weight = 258.69964 Molecular Formula = C 14 H 10 ClO 2 Formula Weight = 60.09832 Molecular Formula = C 2 H 8 N 2 Molecular Formula = C 17 H 18 N 2 O 2 Formula Weight = 269.31838 Lösungsversuche bei der Aufarbeitung Bei der Synthese DC mit Probe und Referenz Perylen-Gruppe O - NH 2 O + Na + DMSO Zinkacetat O O O O O O N N O O O O O O - O - O + O H 2 Na + Na + Nach der Analyse wurden zwei Produkte gefunden. - Das Hydrolysat - Vermutetes Zielprodukt O O O O OH OH O H O H Hydrolysat Filtrat Vermutliche Zielverbindung Die Produkte wurden mit Dichlormethan und Wasser filtriert. Danach mit Wasser oder Methanol verdünnt. Über DCs und UV-Licht wurden die Filtrate verglichen. Links: Edukt (Perylen) Rechts: Reaktionsprodukte Laufmittel: MeOH:H 2 O = 1:1 Vorne: Referenz (Hydrolysat) Hinten: Probe in MeOH verdünnt Problemstellung/ Hintergründe: N O O N O O NH O O O O Als Grundgerüst des Farbindikators dient der polycyclische Aromat Perylen, welcher im Laufe der Projektarbeit mit Aminosäure- derivaten modifiziert wird. Durch Schutzgruppenentfernung binden sich die hergestellten Derivate des Perylens an das Heparin, wodurch dieses UV-aktiviert wird und damit quantitativ detektierbar ist. Heparin ist ein Polysaccharid, das die Blutgerinnung im menschlichen Körper verhindert. Es wird selbst vom Körper hergestellt und löst Gerinnsel, die Arterien verstopfen könnten. Ein Heparinmangel verursacht Blutverklumpungen, ein Überschuss kann jedoch zu inneren Blutungen führen. Beide Fälle sind lebensbedrohlich. . Das Ziel ist es, mittels Teststreifen, die Heparinkonzentration im Blut zu ermitteln. Die quantitative Detektion des Heparins mit Hilfe von UV-Licht soll durch Verwendung eines Perylen- derivats als Farbstoff erreicht werden. Dadurch könnten Blutgerinnsel und mögliche Folgen ohne großen Aufwand schneller erkannt werden. Zusammenfassung: • Die gesicherte Herstellung vom geschützten Amid war nicht möglich. • Eine unbekannte Substanz ist bei der Synthese von Fmoc mit Diamin neben einem Polymer entstanden. • Die Veresterung des geschützten Arginins mit Thionylchlorid mit Methanol war nicht möglich. • Folsäure konnte wahrscheinlich auf Grund der schlechten Löslichkeiten nicht unter mithilfe von Para-toluol-sulfonsäure verestert werden. • Die Veresterung von Asparagin mit Decanol/p-Tol-Säure war nicht möglich. • Das Perylen hydrolisiert im basischen zu Tetra-Carbonsäure. Schlussfolgerung / Lösungsvorschläge: I. CBZ-geschütztes Arginin kann mit Perylen umgesetzt werden ohne zu polymerisieren. II. Die einseitige Schützung eines Diamins mit Fmoc soll ohne zusätzliches Lösungsmittel besser erfolgen. III. Gleichzeitig säure- und basenempfindliche Schutzgruppen vermeiden. IV. Folsäure mit TMSiCl verestern. V. Längere Reaktionsdauer bei der Veresterung anstreben. VI. Eventuell andere aprotische Lösungsmittel nutzen. Literatur: 1. Doktorarbeit- Fluoreszenzfarbstoff für Solarenergie-Anwendung, der Ludwig- Maximilian- Universität München, von Simon Poxleiter 2. Doktorarbeit- Synthese und Eigenschaften neuartiger, nichtkristallinier Amphiphile als Baustein für biologische Modellmembranen, von Chistina Benedek 3. www.bbs-holzminden.de/index.php?id=190#c521 (Ergebnisse der vorangegangenen Projektgruppen) 4. GIT Labor-Fachzeitschrift 3/2010, S. 194-197, GIT Verlag GmbH & Co.KG, Darmstadt („Direkte Messung des Heparinspiegels beim Blutgerinnungsmanagement“) 5. Synthesevorschrift: Veresterung der Aminosäure (2013) (Ergebnisse der vorangegangenen Projektgruppen)
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Folsäure-Gruppe
Veresterung von
Folsäure
mit Methanol
Amido-Gruppe
Darst. Carbonsäureamid
aus Amin und gesch.
Carbonsäure
Fmoc-Ester-Gruppe
Veresterung von Fmoc-
Arginin(Pbf)-OH mit
Methanol
Fmoc-Diamin-GruppeSynthese
von Mono-Fmoc-
ethylen-diamin
Ver-Ester-GruppeVeresterung
von
Asparagin und Decanol
Universität HeidelbergProf. Dr. Krämer
Synthese verschiedener Ester- und Carbonsäure -amide 2019
Georg-von-Langen-SchuleBerufsbildende Schulen Holzminden
Perylen-Gruppe
Synthese
eines
Glycin-Perylen-Derivats
Beteiligte Personen: Theresa Schaedel, Frauke Dreie r, Rouven Woyciechowski, Frederik Bouazza, Ines Braue r, Julia Albrecht, Nils Risse, Christopher Kloss, L aura Reimold, Mathias Bertram, Jannik Kunkel, Johan nes Nolte und Dr. Carsten Wendelstorf
Amido-Gruppe
NH OH
NH O
NH
NHFmoc
Pbf +CH3 NH2
CH3 ZrCl4 5mol%
Toluol 1M, 110°C NH NH
NH O
NH
NHFmoc
PbfCH3
CH3
Herstellung eines Amids aus einem primären Amin und einer Carbonsäure
Reaktionsgleichung und Reaktionsbedingungen
Erhaltene Kristalle; nach dem Basischstellen der wässrigen Phase aus derAufarbeitung. Im DC zeigt sich dieeingesetzte Aminosäure.
DC der in DCMaufgenommenen Kristalle.
Für unsere Versuche wählten wir die Aminosäure Arginin,welche eine Guanidinstruktur besitzt, aus. Diese könntedurch die freien Elektronenpaare der Stickstoffemöglicherweise gut mit organischen Verbindungen wie demHeparin wechselwirken.Weiterhin zeigte sich die Kopplung von Perylen mitAminosäuren aus vorherigen Projekten als grundsätzlichmachbar.Im Folgenden war die Überlegung, die Carboxylfunktion alsAmid zu schützen, die Fmoc-Schutzgruppe abzuspalten unddie erhaltene Substanz anschließend mit dem Perylen zukoppeln.
Die Idee:
mit Ver-Ester-Gruppe
Nach den ersten Syntheseschritt fand eine Umsetzung statt. Nach Zugabe der Toluolsulfonsäure zu der Lösung mit den Asparagin verfärbte sich das Gemisch, welches sich auf den Boden absetzte, leicht Pink. Bei der Umsetzung dürfte aber nicht viel umgesetzt worden sein, wie das DC gezeigt hat. Nach der Zugabe des Decanol dürfte nichts mehr passiert sein. Hier zeigte das DC keinen Unterschied zu den vorherigen Schritt. Fazit:Die gewünschten Ergebnisse wurden bei diesen Projekt leider nicht erreicht. Auf DC-Platten konnte man nur teilweise eine Umsetzung erkennen, welche Prozentual nicht allzu hoch sein dürfte.
Herstellung eines Ester mit L-Asparagin und Decanol
O
NH2 NH2
O
CH3 + CH3 OHO
NH2 NH2
O
OOH
Folsäure-Gruppe
N
NHN
NNH2
O
NHNH
O
OH O
OH
O
N
NHN
NNH2
O
NHNH
O
O O
O
O
CH3
CH3
+ 2 H3C-OHp-Toluolsulfonsäure
Toluol / 12 h bei 110°C
Überlegung: Ausgehend von der Struktur von Aminosäuren, wurde Folsäure als Alternative in Betracht gezogen, um Heparin detektieren zu können. Diese enthält ebenfalls Säurefunktionen von bereits verwendeten Aminosäuren, die verestert werden könnten und Aminofunktion, die an das Heparin binden könnte.
Ziel: Veresterung von Folsäure mit Methanol
Beobachtungen: Folsäure ist schwer löslich in diversen Lösemitteln, Phasentrennung bei der Aufarbeitung langsam
Schlussfolgerung: Aufgrund der schlechten Löslichkeit, kam es zu keiner Umsetzung, die nachgewiesen werden konnte. In NaHCO3-Lösung löst sich die Folsäure, jedoch wäre das Reaktionsgemisch dann basisch gestellt. Es könnte nach einem Lösemittel gesucht werden, welches die Säuregruppen deprotoniert, aber keine Verseifung herbei führt.
Fmoc-Ester-GruppeNH NH OH
NH
NH
O
Pbf
Fmoc
+NH NH O
NH
NH
O
S
OO
CH3
Pbf
Fmoc
CH3 S Cl
O
O
+THF
+Triethylamin0 - 10°C
Formular Weight: 648,77 Formular Weight: 190,64 Formular Weight: 802,96
NH NH O
NH
NH
O
S
OO
CH3
Pbf
Fmoc
+ HO
CH3NH NH O
NH
NH
O
Pbf
Fmoc
CH3
HH
Zielsetzung
Uns ging es um die Guanidin -Struktur (s. rechts), die wegenihrer hohen Aktivität Heparin binden könnte. Diese ist in Argininenthalten, welches wir, mit zwei Schutzgruppen versehen,einsetzten. Um die Carbonsäure in eine inaktivere Form zuüberführen, wollten wir diese verestern. Die Pbf-Gruppeschützt dabei die Guanidin-Struktur. Die Fmoc-Gruppe schütztdie Amino-Gruppe, die später an das Perylen gebundenwerden soll.
Synthese
In einer Zweihalskolbenrührapparatur(s. Abb. 1) gaben wir unsere Eduktezusammen, erhitzen für 1 Stundeund rührten für eine Woche nach.Dabei kontrollierten wir unsereReaktion durch DC-Analytik. UnterUV-Licht zeigte diese mehrerePeaks. Daraus schließen wir, dassstatt einer Veresterung eineAufspaltung unseres Eduktsstattfand, wobei wahrscheinlich dasFmoc-Abbauprodukt entstand.(s. Abb. 2). Außerdem fand eineProtonierung des Triethylamins statt,wodurch Triethylaminhydrochlorid-Kristalle entstanden (s. Abb. 3 & 4).
Abb. 2: Fmoc-Abbauprodukt Abb. 4: Kristalle unter LupeAbb. 3: Kristalle an Wandung Abb. 1: Apparatur
Ziel: Die Idee bei unserem Projekt bestand darin, ein Diamin einseitig mit Fmoc-Chlorid zu schützen und es dann an das Perylen zu substituieren. Danach sollte durch Erhöhung des pH-Wertes die Schutzgruppe wieder entfernt werden. Eine Aminogruppe für weitere Reaktionen sollte so eingefügt werden.
Fazit: Die Synthese einer neuen Substanz ist gelungen, jedoch konnte sie nicht weiter analysiert werden. Möglicherweise ist als Nebenreaktion ein Polymerentstanden, da alle Lösungs-versuche gescheitert sind.
Fmoc-Diamin-Gruppe
O
O
Cl
+NH2
NH2
O NH
O
NH2
Formula Weight = 258.69964
Molecular Formula = C14H10ClO2
Formula Weight = 60.09832
Molecular Formula = C2H8N2
Molecular Formula = C17H18N2O2
Formula Weight = 269.31838
Lösungsversuche bei der Aufarbeitung
Bei der SyntheseDC mit Probe und Referenz
Perylen-Gruppe
O-
NH2
O
+Na+
DMSOZinkacetat
O O
O
O O
O
N N
O
OO
OO
O-O
-
O
+ OH2
Na+
Na+
Nach der Analyse wurden zwei Produkte gefunden.- Das Hydrolysat- Vermutetes Zielprodukt
O
O O
O
OH
OH
OH
OH HydrolysatFiltrat
Vermutliche Zielverbindung
Die Produkte wurden mit Dichlormethan und Wasser filtriert. Danach mit Wasser oder Methanol verdünnt. Über DCs und UV-Licht wurden die Filtrate verglichen.
Links: Edukt (Perylen)Rechts: Reaktionsprodukte Laufmittel: MeOH:H2O = 1:1
Vorne: Referenz (Hydrolysat)Hinten: Probe in MeOHverdünnt
Problemstellung/ Hintergründe:
N
O
O
N
O
O
NHO
OO
O
Als Grundgerüst des Farbindikatorsdient der polycyclische AromatPerylen, welcher im Laufe derProjektarbeit mit Aminosäure-derivaten modifiziert wird.Durch Schutzgruppenentfernungbinden sich die hergestellten Derivatedes Perylens an das Heparin,wodurch dieses UV-aktiviert wird unddamit quantitativ detektierbar ist.
Heparin ist ein Polysaccharid, das dieBlutgerinnung im menschlichen Körper verhindert.Es wird selbst vom Körper hergestellt und löstGerinnsel, die Arterien verstopfen könnten. EinHeparinmangel verursacht Blutverklumpungen, einÜberschuss kann jedoch zu inneren Blutungenführen. Beide Fälle sind lebensbedrohlich. .
Das Ziel ist es, mittels Teststreifen, dieHeparinkonzentration im Blut zu ermitteln. Diequantitative Detektion des Heparins mit Hilfe vonUV-Licht soll durch Verwendung eines Perylen-derivats als Farbstoff erreicht werden. Dadurchkönnten Blutgerinnsel und mögliche Folgen ohnegroßen Aufwand schneller erkannt werden.
Zusammenfassung :• Die gesicherte Herstellung vom geschützten Amid war nicht möglich.• Eine unbekannte Substanz ist bei der Synthese von Fmoc mit Diamin
neben einem Polymer entstanden.• Die Veresterung des geschützten Arginins mit Thionylchlorid mit Methanol
war nicht möglich.• Folsäure konnte wahrscheinlich auf Grund der schlechten Löslichkeiten nicht
unter mithilfe von Para-toluol-sulfonsäure verestert werden.• Die Veresterung von Asparagin mit Decanol/p-Tol-Säure war nicht möglich.• Das Perylen hydrolisiert im basischen zu Tetra-Carbonsäure.
Schlussfolgerung / Lösungsvorschläge:I. CBZ-geschütztes Arginin kann mit Perylen umgesetzt werden ohne zu
polymerisieren.II. Die einseitige Schützung eines Diamins mit Fmoc soll ohne zusätzliches
Lösungsmittel besser erfolgen.III. Gleichzeitig säure- und basenempfindliche Schutzgruppen vermeiden.IV. Folsäure mit TMSiCl verestern.V. Längere Reaktionsdauer bei der Veresterung anstreben.VI. Eventuell andere aprotische Lösungsmittel nutzen.
Literatur:1. Doktorarbeit- Fluoreszenzfarbstoff für Solarenergie-Anwendung, der Ludwig- Maximilian- Universität München, von Simon Poxleiter2. Doktorarbeit- Synthese und Eigenschaften neuartiger, nichtkristallinier Amphiphile als Baustein für biologische Modellmembranen, von
Chistina Benedek3. www.bbs-holzminden.de/index.php?id=190#c521 (Ergebnisse der vorangegangenen Projektgruppen)4. GIT Labor-Fachzeitschrift 3/2010, S. 194-197, GIT Verlag GmbH & Co.KG, Darmstadt („Direkte Messung des Heparinspiegels beim
Blutgerinnungsmanagement“)5. Synthesevorschrift: Veresterung der Aminosäure (2013) (Ergebnisse der vorangegangenen Projektgruppen)
![Zur Lipase-katalysierten 1,3-selektiven Veresterung von … · 2019. 10. 28. · ab dieser s.g. kritischen Mizellen-Konzentration steigt die Lipase-Aktivität sprunghaft [23]. Verantwortlich](https://static.fdokument.com/doc/165x107/60c0b309c53af82dbf1aafef/zur-lipase-katalysierten-13-selektiven-veresterung-von-2019-10-28-ab-dieser.jpg)
