Naturstoffe Theoretische Grundlagen und Einführung in das Naturstoffisolationspräparat in den Laborübungen Organische Chemie Marko D. Mihovilovic Institut für Angewandte Synthesechemie Laborübungen Organische Chemie
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