Opgaveløsninger til klassetimer farmakognosi

1

Københavns Universitet

Det Farmaceutiske Fakultet

Opgaverløsninger til

Klassetimer i Farmakognosi/Naturstofkemi

M-24

Løsningsskitser

Institut for Medicinalkemi

Januar 2008

2

Forord Disse opgaver er udarbejdet med henblik på at fremme indlæringen af det teoretiske pensum i kurset Farmakognosi/Naturstofkemi M-24. De tidligere opgaver til kurset i Bioorganisk Kemi ved Danmarks Farmaceutiske Universitet har været anvendt som udgangspunkt, men er omarbejdet. Opgavesættet inkluderer nogle opgaver, som ikke var indeholdt i opgavesættet fra 2006. De tilordninger, der er foretaget i løsningsskitserne til NMR spektrene er i de tilfælde, hvor spektrene ikke er publicerede, primært foretaget på basis af analogislutninger ud fra nært beslægtede stoffer, hvis spektre er publicerede. Januar 2007 S. Brøgger Christensen

3

1. Polyketider

Opgave 1.1 Nedenfor er vist 2 1H NMR spektre A og B, der hidrører fra enten naringenin (1), kaempferol (2) eller genistein (3). Anfør hvilket spektrum, der hidrører fra 1, 2 eller 3.

O

OOH

HO

OH

O

OOH

HO

OH

O

OOH

HO

OH

OH1 2 3

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

0.951.001.231.922.041.96

DOH

CH3OD

Spektrum A 300 MHz, CD3OD

4

O

OOH

HO

OH

H

H

H

5,80

5,80

6,80

7,30

5,20

3,10

2,60

12.5 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

1.841.952.030.970.76

12.6

2

7.6

2

7.2

77.1

07.0

7

6.6

36.6

0

6.0

96.0

96.0

0

O

OOH

HO

6,10*

6,00*

H

OH12,6

7,62

7,08

6,62

CHCl3

6.12 6.11 6.10 6.09 6.08 6.07 6.06 6.05 6.04 6.03 6.02 6.01 6.00 5.99 5.98 5.97 5.96Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

1.84

6.0

9

6.0

9

6.0

0

Spektrum B 300 MHz CDCl3

5

Opgave 1.2 Som nævnt i afsnit 1.3 i Sekundære Metabolitter vil 2 molekyler 2,4,6-heptan-trion i vandig base kondensere til 2-acetyl-3,6-dimethyl-1,8-dihydroxynaphtalen ved indvirkning af vandig base.

H3C CH3

O O O H3C CH3

CH3

OOHOH

OH-

Opskriv mekanismen for denne reaktion i alle enkelttrin.

6

O O O

O O O

H HOH-

O O O

O O O

H-

O O

O O O

H

O-HOH

O O

O O O

H

OH

OH-

O O

O O O

H H

OH-

O O

O O O

H-

O

O O O

H

O-

HOH

O

O O O

H

OH

OH- O

O O O

O O O

H H

O-

O O

H H

OOHOH

Opgave 1.3 Khellin (b) anvendes som hjertemedicin. Stoffet kan fremstilles ud fra et andet naturstof (a).

7

O

O

CH3

OH

HO O O

OH3C

OH3C

O

CH3

(a) (b)

a) Hvilken større gruppe af naturstoffer tilhører (a). Indtegn de biologiske byggesten.

O

O

CH3

OH

HO

(a) Stoffet (a) er et polyketid opbygget af 1 acetatenheder plus 4 mevalonsyreenheder. Stoffet (a) kan i laboratoriet fremstilles ud fra (c) ved en biomimetisk reaktion.

O O CH3

OOH3C

O

O

OCH3

O CH3

OOH

HO

O OCH3CH3OH

CH3O-O CH3

OOH

HOH2OH+

O OH

(a)

(c) (d) (e)

O

b) Foreslå en sandsynlig mekanisme for omdannelsen (c) → (d) og overvej hvorfor methanolat anvendes som base.

8

O O CH3

OOH3C

O

O

OCH3

O CH3

OOH

HO

O OCH3

CH3OHCH3O-

(d)

H

CH3O-

O O CH3

OOH3C

O

O

OCH3

-

O O CH3

OOH3C

O

OCH3

-O

O O CH3

OOH3C

O

O

HH

HO CH3

OO-

-O

O OCH3

O-

O CH3

OOH

HO

O OCH3

OH

H

O O O

O

Ved at anvende methanolat undgås, at der sker en omesterificering af esteren. c) Foreslå en sandsynlig mekanisme for omdannelsen (d) → (e).

O CH3

OOH

HO

O OCH3

O CH3

OOH

HO

O OH

(d)

H+

O CH3

OOH

HO

O OCH3

H

+

HO

H

O CH3

OOH

HO

O OCH3

HO

H H+

d) Foreslå en sandsynlig mekanisme for omdannelsen (e) → (a).

9

O CH3

OOH

O

O OH

HH+

O CH3

OOH

O

O OH

O CH3

OOH

HO

O O

Nedenfor er vist et 1H NMR spektrum af khellin (CDCl3, 300 MHz) e) Giv en tilordning af signalerne i spektret, idet ombyttelig (uspecificeret) tilordning af signalerne mærket med * er tilstrækkelig.

O O

OH3C

OH3C

O

CH3

7,7

7,0

4,3*

4,1*

6,1

2,4

Opgave 1.4

1 H 1H d d

J=1,8 J=1,8

1 H

s

3H* 3H*

s s

3H s Fri Jan 20 12:44:05 2006

Window 1: 1H Axis = ppm Scale = 59.25 Hz/cm

7.000 6.000 5.000 4.000 3.000

10

Korupensamin (1) er isoleret fra den tropiske plantefamilie Ancistrocladaceae. Angive hvilken større gruppe af naturstoffer (1) tilhører, indtegn den biologiske byggesten og diskuter hvilke navnereaktioner, der er involveret i biosyntesen.

NH

CH3

CH3OH

HO

OH OCH3

CH3

(1)

11

NH

CH3

CH3OH

HO

OH OCH3

CH3

(1)

Oxydativfenolisk kobling

NH

CH3

CH3OH

HO

OH OH

CH3

NH

CH3

CH3OH

HO

OH OH

CH3

NH

H2

C

CH3OH

HO

OH OH

CH3

DecarboxyleringCOOH

COOH

Kondensationer

NH

CH3O

O

O O

CH3

COOH

COOH

HOHO

O

O O

O O

Imin

O

CH3O

O

O O

CH3

COOH

COOH

O

O O

O O

SAM-methylering

Reduktiv fjernelseaf OH-gruppe

Som det fremgår af den sidste formel er stoffet et polyketid.

2 Phenylpropanoider

Opgave 2.1

12

Nedenfor er vist tre 1H NMR spektre (A, B og C), der hidrører fra enten piperonal (1), eugenol (2) eller deacylhelmanthicin (3). Anfør hvilket af spektrene, der hidrører fra henholdsvis 1, 2 eller 3.

H

O

O

O O

HO

CH2

CH3

O

O

OH3C

CH3

OH

OH

1 2 3

7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d In

ten

sity

2.013.602.180.761.072.031.00

C

HO

O

CH3

H

H

H

5,1

5,2

6,0

3,4

6,7

6,7

6,9

3,9

5,4

Spektrum A 1H NMR, 300 MHz CDCl3

13

10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d In

ten

sity

2.091.002.031.00

H

O

O

O

9,7

6,1

6,9

7,3

7,4

Spektrum B 1H NMR, 300 MHz CDCl3

7.50 7.45 7.40 7.35 7.30 7.25 7.20 7.15 7.10 7.05 7.00 6.95 6.90 6.85Chemical Shift (ppm)

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

Norm

aliz

ed Inte

nsity

1.002.03

14

6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0N

orm

aliz

ed

In

ten

sity

2.962.524.001.202.131.81

OH

O

O

6,0

O

H3C

CH3

OH

H

H

3,8

3,9

4,6

6,6

6,6

1,2

2,0

2,0

Opgave 2.2 Nedenfor er vist to 13C NMR spektre (D og E), der hidrører fra enten piperonal (1) eller eugenol (2), se opgave 2.1. Anfør hvilket af spektrene, der hidrører fra henholdsvis 1 eller 2.

Spektrum C 1H NMR, 300 MHz CDCl3

4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 4.2 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7Chemical Shift (ppm)

0.05

0.10

0.15

0.20

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

15

200 192 184 176 168 160 152 144 136 128 120 112 104 96 88Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d In

ten

sity

19

0.4

6

15

3.2

8

14

8.8

7

13

2.0

2

12

8.8

9

10

8.5

31

07

.00

10

2.3

5

O

O

O

190,5

102,4

153,3

148,9

132,0

128,9

108,5*

107,0*

Spektrum D 13C NMR, 75 MHz CDCl3

16

160 152 144 136 128 120 112 104 96 88 80 72 64 56 48 40 32Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d In

ten

sity

14

6.6

81

44

.09

13

8.0

8

13

2.1

4

12

1.4

0

11

5.7

61

14

.55

11

1.3

8

77

.78

77

.36

76

.93

56

.09

40

.15

CH2

O

CH3

HO

40,5

56,0

111,3*

114,5*

115,8121,0

132,1 138,0

144,1§

146,7§

Tilordningen for signaler mærket * eller § kan ombyttes. Opgave 2.3 På næste side er 1H NMR spektret for columbianetin (1, CDCl3, 300 MHz) vist sammen med nogle udbredninger.

Spektrum E 13C NMR, 75 MHz CDCl3

17

Udbredning af området δ 7,7 til 6,0:

Fri Jan 20 13:07:11 2006


7.500 7.000 6.500 6.000 5.500 5.000 4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500

Fri Jan 20 13:12:29 2006


7.700 7.600 7.500 7.400 7.300 7.200 7.100 7.000 6.900 6.800 6.700 6.600 6.500 6.400 6.300 6.200 6.100

1H 1H 1H 1H 1H 2H 1H 3H 3H

J= 9,5 J=8.3 J=8,3 J=9,5

18

Udbredning af området δ 5,0 til 3,0

O

H3C

CH3

OH

O O

(1) a) Hvilken større gruppe af naturstoffer tilhører (1). Indtegn de

biologiske byggesten.

O

H3C

CH3

OH

O O

Columbianetin er et phenylpropanoid indeholdende en

isprenenhed.

b) Giv en tilordning af signalerne i spektret. Uspecificeret (ombyttelig) tilordning af diastereotope grupper er tilstrækkelig.

Fri Jan 20 13:14:19 2006


4.800 4.700 4.600 4.500 4.400 4.300 4.200 4.100 4.000 3.900 3.800 3.700 3.600 3.500 3.400 3.300 3.200

J=9,4 og 8,6 J=16,2 og 9,4 og 8,6

19

O

H3C

CH3

OH

O O

(1)1,4*

1,2*

H4,80 H

H

3,29

3,31

H

H6,85

7,25

H

H

7,5

6,2

På næste side er vist et EI-massespektrum (70 eV) af (1).

59 160

187

246

0

20

40

60

80

100

120

50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

m/z

Rela

tiv i

nte

nsit

et

c) Foreslå strukturer for de ioner, der giver anledning til toppene ved m/z 246, 187 og 59.

O

H3C

CH3

OH

O O

m/z 246

O+

H3C

CH3

O+

O O

m/z 187

m/z 59

H

Opgave 2.4 Naturstoffet epicatechin (I) har enten strukturen (Ia) eller (Ib):

20

O

OH

OH

OH

OH

HO O

OH

OH

OH

OH

HO

(Ia) (Ib)

1H NMR spektret af (I, 300 MHz, CD3COCD3) er vist nedenfor, idet spektret er delt op i to dele:

21

a) Angiv hvilken større gruppe af naturstoffer (I) tilhører og indtegn de biologiske byggesten.

Fri Jan 20 15:41:54 2006: D:\My Documents\Word\Farmakogn-bioorg\Noter\Catechin.dta


4.750 4.500 4.250 4.000 3.750 3.500 3.250 3.000 2.750

Fri Jan 20 15:39:02 2006: D:\My Documents\Word\Farmakogn-bioorg\Noter\Catechin.dta


7.000 6.900 6.800 6.700 6.600 6.500 6.400 6.300 6.200 6.100 6.000 5.900 5.800 5.700 5.600 5.500 5.400 5.300 5.200 5.100

1H 1H 1H 1H* 1H* J=2,1 J=2,1 J=8,1 J=2,3 J=2,3

og 8,1

1H 1H 1H* 1H*

J=2,5 J=2,5 og 3,0 og 4,5 J=4,5 og 16,5 J= 3,0 og 16,5

22

O

OH

OH

OH

OH

HO

Stoffet er et flavanoid, der indeholder en phenylpropanoid og en polyketid del (3 acetatenheder).

b) Tegn perspektiviske formler for (Ia) og (Ib), idet det for den følgende analyse er tilstrækkeligt at antage at pyranringen findes på en stolform.

O OH

H

H

O

OH

H

H

OO

H

HO

H

H

H

HOH

2

3

H

Det må antages at (Ia) vil findes i stolkonformationen med alle de store grupper equatorialt.

c) Giv en tilordning af signalerne i spektrene og diskuter på baggrund af størrelsen af relevante koblingskonstanter om epicatechin har strukturen (Ia) eller (Ib).

23

O OH

H

H

O

OH

H

H

H

H

H

H

HO

HO

HO

HO

H

H

H

H

OH

OHH

HH

OH

OHH

H H

4,80

6,80

7,00

6,705,00

5,90

5,00¤

5,90¤

2,85*

2,95*

4,24 Såfremt stoffet var (Ia) ville forventes et axial-axial kobling mellem signalerne ved 4,80 og 4,24 med en koblingskonstant på 7 – 11 Hz. Da en sådan ikke ses i spektret antages at stoffet er (Ib). Toppene fra OH-grupperne ses ikke, da der er tilsat D2O. Nedenfor er vist et 13C NMR spektrum af (I). Tegnet 0 markerer at signalet ikke vil kunne ses i et DEPT135 spektrum, + markerer at signalet vil have et positivt fortegn i et DEPT135 spektrum og – markerer at signalet vil have et negativt fortegn i et DEPT 135 spektrum

d) Giv en tilordning af signalerne i 13C NMR spektret, idet gruppevis tilordning af signalerne mærket *, + eller # er tilstrækkelig.

Fri Jan 20 15:28:57 2006: D:\My Documents\Word\Farmakogn-bioorg\Noter\EpicatC.DTA

Window 1: 13C Axis = ppm Scale = 89.07 Hz/cm

150.000 140.000 130.000 120.000 110.000 100.000 90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000

* * * * * + + + # #

0 0 0 0 0 0 + + + 0 + + + + -

24

EIMS-spektret af (I) er beskrevet: m/z (relative intensity) 290 (50 %), 230 (30 %), 152 (50 %), 139 (100 %).

O

OH

OH

OH

OH

HO

29

67

8090#

95#

100#

115+

117+120+

132

De resterende signaler hidrører fra de aromatiske oxygenbærende carbonatomer. e) Foreslå en struktur for ionen, der giver anledning til toppen ved m/z 290. Signalet med m/z 290 er radikalmolekylarionen.

25

3. Terpenoider

Opgave 3.1 Nedenfor er vist tre 1H NMR spektre (A, B og C), der hidrører fra enten carvon (1), citronellylacetat (2) eller menthol (3). Anfør hvilke af spektrene, der hidrører fra henholdsvis 1, 2 eller 3.

3

CH3

O

CH2H3C CH3H3C

CH3

O

21

CH3

O CH3

CH3H3C

OH

M24CarvoneH.esp


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d In

ten

sity

6.005.450.002.110.94


26

CH3

O

H3C

H

H

4,7*

4,8*

H 6,8

1,6§

1,7§

Signalerne fra de resterende protoner ligger i området 2,0 – 3,0. Signaler mærket med * eller § kan ombyttes.

27

3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

11.480.911.132.351.021.101.00

CH3

CH3

H3C

OH

H

H

H

H

3,4

1,9

2,2

1,3

0,94

0,82

0,91

1,4

H

H

1,9

0,9

H

H

1,6

0,9

H

H

1,0

1,6

Denne tilordning er baseret på et spektrum optaget ved højere feltstyrke (Giraud et al. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 2010, 3481-3494), idet de tre methylsignaler er tilordnet anderledes.

Spektrum B 1H NMR, 300 MHz CDCl3

28

M24CitronellylacetatH.esp

5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d In

ten

sity

3.0012.555.981.940.88

O

O

1,71,6

5,12,0

0,9

2,1

4,1

De resterende signaler findes i området 1,2 – 1,7.

Opgave 3.2


29

Nedenfor er vist tre 13C NMR spektre (D, E og F), der hidrører fra enten carvon (1), citronellylacetat (2) eller citral (3), se opgave 3.1. Anfør hvilke af spektrene, der hidrører fra henholdsvis 1, 2 eller 3.

220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d In

ten

sity

19

9.7

4 14

6.6

31

44

.61

13

5.3

4

11

0.4

1

43

.11

42

.43

31

.21

20

.52

15

.72

O

200

147

145

136

110

43

42 31

21

16

Breitmaier, E., Voelter, W. Carbon-13 Spectroscopy, VCH 1987


30


0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

77.4

277.0

076.5

876.5

0

71.5

5

50.1

3

45.0

4

34.5

3

31.6

4

25.8

4

23.1

122.2

321.0

3

16.1

0

CH3

CH3

H3C

OH

71,645,0

31,5

34,523,1

50,125,8

16,0*

21,0*

22,2*



31

170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d In

ten

sity

17

1.2

3

13

1.2

9

12

4.5

2

77

.47

77

.05

76

.63

63

.04

36

.97

35

.40

29

.45

25

.72

25

.38

21

.05

19

.40

17

.65

O

O

2518

131

124

25

19*

21*

35

29

36

63 171


Opgave 3.3 (-)-Daucen (I) kan isoleres fra frugten af gulerod. Stoffet kan fremstilles ud fra (II).

Spektrum F 13C NMR, 75 MHz CDCl3

32

CH3H3C

CH3

H2C

(II)

H3CCH3

H3C

CH3

(I)

H+

a) Angiv hvilken større gruppe af naturstoffer (I) tilhører og

indtegn den biologiske byggesten.

H3CCH3

H3C

CH3

(I) Da stoffet indeholder 3 isoprenenheder må det være en sesquiterpen.

b) Opskriv i detaljer mekanismen for den syrekatalyserede omdannelse af (II) → (I).

CH3H3C

CH3

H2C

(II)

H3CCH3

H3C

CH3

(I)

H+

H

H+

(III) omlejrer ved behandling med syre til (I).

CH3H3C

(III)

H3CCH3

H3C

CH3

(I)

H+CH3

H3C

H

c) Opskriv i detaljer mekanismen for denne omlejring.

33

CH3H3C

(III)

H3CCH3

H3C

CH3

(I)

CH3

H3C

HH+

23

415

67

8

910

1112 13

14

15

34

Nedenstående data kan findes for (III): 1H NMR data (C6D6, 400 MHz)

13C NMR data MS EI (C6D6, 100 MHz) 70 eV

δ # J, intensitet

δ Multiplicitet m/z

0,90 15 s, 3H 17,4 q C15 204 1,30-1,77

H3 H2

m, 4H 20,9 q C13 189

1,70 H12 s, 3H 23,1 q C12 161 1,76 H13 s, 3H 28,7 q C14 1,81 H14 s, 3H 29,7 t C6 1,98-2,86

H10 H7 H6 H5

m, 7H 30,1 t C7

5,61 H9 dd, J=7,6 og 1,0, 1H

31,0 t C10

40,1 t C2 41,0 t C3 44,7 s C1 52,5 d C5 122,7 s C11 123,9 d C9 136,6 s C8 139,1 s C4

c) Giv så vidt muligt en tilordning af disse signaler. For 13C NMR kan signalerne kun tilordnes grupper af carbonatomer.

CH3H3C

CH3

H3C

m/z 204

[M-CH3]+

{M-C3H7]+

35

Opgave 3.4 2,6-Dimethyl-2,7-octadien (β-linaloolen,1) omdannes ved behandling med en blanding af svovlsyre og eddikesyre til (2) og (3).

CH3H3C

CH2

CH3 CH3O

O

CH3

CH3H3C

H+

CH3COOH

CH3

O

O

CH3

H3C CH3

+

(1) (2) (3) a) Angiv hvilken større gruppe af naturstoffer (1) tilhører

CH3H3C

CH2

CH3

Stoffet indeholder to isoprenenheder og er derfor en monoterpen.

b) Angiv hvor mange isomere med konstitutionsformlen (2) og hvor mange isomere med konstitutionsformlen (3), der i princippet kan dannes ud fra (1). Ved omdannelsen dannes to stereocentre, der er derfor mulighed for 22 = 4 isomere.

c) Foreslå en sandsynlig mekanisme for omdannelsen af (1) til (2) og (3).

36

CH3H3C

CH2

CH3 CH3

OO

CH3

CH3H3C

H+

CH3COOH

CH3

O

O

CH3

H3C CH3

H+

CH3

CH3

CH3

+

H3C CH3

CH3

+

HO CH3

O

HO CH3

O

12

34

56

7

8

Nedenstående data er opgivet for (1): 13C NMR ppm EIMS m/z (rel. int.) 144,6 d C3 123 (42) 131,1 s C2 95 (100) 124,6 d C7 82 (85) 112,4 t C8 67 (94) 37,3 t C4* 36,7 t C5* 25,7 q C1¤ 20,1 q Me2¤ 17,6 q Me6¤

37

CH3H3C

CH2

CH3

CH3H3C

CH2+

m/z 138 m/z 123

M+-C3H7

m/z 85 CH3H3C

CH2

CH3

m/z 138

H

CH3H3C

CH2H

CH3

CH3

m/z 82

C5H7

m/z 67 Opgave 3.5

O

OCH3CH3

H3C

H H

H

(1) 16-Dehydroprogesteron (1) kan fremstilles ud fra (2) som vist i nedenstående reaktionsskema (selv om reaktionen forløber i dårligt udbytte).

38

OH

H

H

H

(2) (3)

H

H

HO

O

OO

O

O

H H

H

(1) (4)

Fort.base

H+

a) Opskriv en perspektivisk formel for (1).

O

OCH3CH3

H3C

H H

H

(1)

CH3 CH3

O

H

O b) Foreslå en mekanisme for omdannelsen (2) → (3), idet formlerne for intermediaterne opskrives således at det stereoselektive forløb af reaktionen illustreres.

OH

(2)

+

+

H

Ved at skrive perspektiviske former op ses, at alle additionerne over dobbeltbindingerne er transadditioner, som det forventes ved addition over en dobbeltbinding.

39

c) Foreslå en mekanisme for omdannelsen (4) → (1).

O

O

H H

H

(1)

H

H

HO

O(4)

H

O CH3

H

O

H

OH-

OH-

H

H

HO

O

H

-O CH3

-O O

O

H H

H O-

O-

H O

H

H O

H

O

O

H H

H OH

OH

H

H

OH-

OH- Opgave 3.6 Nedenfor er vist 3 1H NMR spektre (A, B og C) optaget af androstenolonacetat (1), oestradiol (2) og cholestan-3-ol (3). Angiv hvilket af spektrene, der hidrører fra henholdsvis, 1, 2 og 3. Der vil ikke forefindes toppe uden for de viste områder. Toppe fra OH kan ikke altid ses.

O

H

H H

O

O

1

HO

H

OH

HH

2

H

HO

H H

H3

Spektrum A, 1H NMR, 300 MHz

CDCl3

40

M24AndrostenolonH.esp

5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d I

nte

nsity

2.473.273.207.412.447.053.601.001.00

O

O

O

1

2,05H

4,6

5,4

H

2,45

0,90

1,05

For en nøjere tolkning se Kirk et al. JCS Perkin Trans 2, 1990, 1567-1594.

41

M24OestradiolH.esp

7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d I

nte

nsity

3.0014.722.151.102.111.13

Toppene ved δ 4,4 og 4,0 skal ikke fortolkes.

OH

HO

7,12

6,55

6,52

3,70

2,75

0,75

For en dybtgående tolkning af spektret se: Commadori et al. Magn. Res. Chem.2005, 43, 444-450

Spektrum B 1 H NMR, 300 MHz

CDCl3-CD3OD (4:1)


0

0.05

0.10

0.15

No

rma

lize

d In

ten

sity

2.111.13

42

M24CholestanolH

4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d I

nte

nsity

66.241.00

H

HO

H H

H

3

H

3,70

0,85

1,00

1,10

1,05

1,05

For en nøjere tolkning se Kirk et al. JCS Perkin Trans 2, 1990, 1567-1594.

Spektrum C 1H NMR, 300 MHz

CDCl3

43

Opgave 3.7

Nedenfor er vist 13C NMR spektre (D, E og F) af androstenolonacetat (1), oestradiol (2) og cholestan-3-ol (3). Anfør hvilket af spektrene, der hidrører fra henholdsvis, 1, 2 og 3.

M24AndrostenolonacetatC.esp


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d I

nte

nsity

13

.54

19

.33

21

.87

30

.753

1.4

33

5.8

33

6.9

03

8.0

54

7.5

05

0.0

95

1.6

5

73

.68

12

1.8

3

13

9.8

4

17

0.4

6

22

1.0

2

O

O

O

1

170,5

20,3

73,6

38,0

27,7

36,9

36,7

139,8121,8

31,4

31,3

51,6

21,9

35,8

221,0

47,4

13,5

31,4

21,4

50,9

19,3


Spektrum D 13

C NMR, 75 MHz CDCl3

44

M24OestradiolC.esp


-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d I

nte

nsity

11

.16

23

.21

26

.51

27

.44

29

.81

29

.93

36

.84

39

.09

44

.12

50

.15

81

.57

11

2.7

91

15

.33

12

6.4

5

13

1.9

2

13

8.1

5

15

4.3

1

OH

HO

126,5

112,8

154,3

115,3

138,1

131,9

29,8

26,5

39,0

43,6

27,4

36,6

11,1

44,1

50,1

23,2

29,9

81,6

Commadori et al. Magn. Res. Chem. 2005, 43, 444-450

Spektrum E 13

C NMR, 75 MHz CDCl3-CD3OD (4:1)

45

M24CholestanolC.esp


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

No

rma

lize

d I

nte

nsity

12

.06

12

.32

18

.66

21

.24

22

.56

23

.82

24

.2128

.00

28

.24

28

.73

32

.07

35

.44

35

.48

35

.78

36

.15

36

.98

38

.19

39

.49

40

.01

42

.5744

.82

54

.32

56

.24

56

.46

71

.34

HO

37,031,5

71,3

38,2 44,8

28,7 32,1

35,854,3

35,5

21,2

28,2

42,6

38,224,2

40,0

56,2

12,3

12,1

36,2

18,7

35,4

23,8

39,5

28,0

22,6

22,8


4. Alkaloider

Opgave 4.1

Nedenfor er vist 3 1H NMR spektre A, B og C, der hidrører fra enten codein (1), nicotin (2) eller quinin (3). Anfør hvilket spektrum, der hidrører fra 1, 2 eller 3.

Spektrum F 13

C NMR, 75 MHz CDCl3

46

O

N CH3

OH3C

HO

HH

1

N

NH

CH3

2

N

CH2

OHH

N

OH3C

3

KininH.esp


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

1.953.011.101.892.020.982.971.882.002.200.991.001.02

8.6

18.6

0

7.9

67.9

3

7.5

07.4

97.3

17.2

77.2

07.1

9

N

OH

H

N

O

H3C

7,27,28

7,9

8,6

7,5

5,56

5,7 H

H

4,90

4,941,8

1,81,6

1,81,6

2,73,1

2,3

3,22,6

3,5

3,87

Dijkstra et al. J. Org. Chem. 1990, 55, 6121-6131. Uccello, G. et al. (Magn. Res. Org. Chem. 1992, 30, 1051-1064) foreslår at tilordningerne af signalerne ved 3,5 og 3,2 skal ombyttes.


KininH.esp

8.5 8.0 7.5 7.0Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

No

rma

lize

d In

ten

sity

2.200.991.001.02

8.6

1

8.6

0

7.9

6

7.9

3

7.5

0

7.4

9

7.3

1

7.3

07

.27

7.2

0

7.1

9

47

6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0Chemical Shift (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

0.910.935.042.121.951.012.991.000.991.000.972.00

O

N CH3

O

H3C

HO

4,8

4,2

5,3

5,7

2,7

1,92,0

2,63,3

3,3

2,33,1

2,4

3,7

6,6

6,7

Spektrum B 1H NMR. 300 MHz, CDCl3

48


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

10.442.041.240.961.96

N

N

CH38,708,55

7,71

7,26

3,26 3,11

2,18

Signalerne fra de resterende protoner findes i området 2,5 - -1,5 ppm.

Opgave 4.2

Nedenfor er vist 3 13C NMR spektre D, E og F, der hidrører fra enten codein (1), nicotin (2) eller quinin (3) (se opgave 4.1). Anfør hvilket spektrum, der hidrører fra 1, 2 eller 3.


49


0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

157.9

8

147.9

2147.7

4

144.3

5142.0

2

131.7

0

126.8

0

121.8

0

118.7

2

114.7

5114.7

1

101.5

3

77.7

877.3

676.9

371.9

9

60.1

5

56.0

2

43.5

4

40.1

9

28.1

627.8

5

21.8

1

N

CH2

OH

N

O

H3C

3

101,5

158,0

56,0

118,7

131,7

143,4

147,7

121,8

147,9

126,8 72,0

60,1

21,828,2

27,843,5

56,940,2

142,0

114,7




50


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

146.1

8 142.0

5

133.3

0130.9

4128.2

0127.0

9

119.4

0

112.6

5

91.3

0

77.4

277.0

076.5

8

66.3

7

58.7

756.1

9

46.3

643.0

640.7

4

35.7

7

20.3

0

O

N CH3

O

H3C

HO

H

112,7

119,4

127,1

130,9

146,2

142,0

56,2

20,4

46,4

43,1

58,843,1

35,8

40,7

128,2

133,3

66,4

91,3


51

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20Chemical Shift (ppm)

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

Norm

aliz

ed I

nte

nsity

149.4

9148.5

8148.5

3

138.6

4

134.8

4

123.5

7

77.4

277.0

076.5

7

68.8

7

57.0

1

40.3

7

35.1

5

22.5

9

N

N

HCH3148,6

149,5

68,9138,6134,8

123,6

40,4

57,0

22,635,2

Breitmaier, E., Voelter, W. Carbon-13 Spectroscopy, VCH 1987 Opgave 4.3 De to isomere naturstoffer coreximin (b) og scoulerin (c) dannes begges ved at lade norreticulin (a) reagere med formaldehyd ved pH 6,3.

Spektrum F 13C NMR, 75 MHz CDCl3

52

NHHO

OH3C

OH

OCH3(a)

C18H21NO4

(b)C19H21NO4

+ (c)C19H21NO4

CH2OpH 6,3

For scoulerin er følgende data opgivet i litteraturen: [ ]20

Dα -316° (c 0,4, MeOH). EI-MS: m/z = 327 (64), 178 (100), 150 (55), 135 (25). 1H NMR (CDCl3): δ 2,65 – 3,20 (4H, m), 2,82 (1H, dd), 3,24 (1H,dd), 3,51 (1H, d, J=15,6 Hz), 3,56 (1H, dd), 3,86 (3H, s), 3,87 (3H, s), 4,24 (1H, d, J=15,6 Hz), 6,59 (1H, s), 6,66 (1H, d, J=8,2 Hz), 6,73 (1H, d, J=8,2 Hz), 6,82 (1H, s). For coreximin er nedenstående data opgivet et andet sted i litteraturen: 1H NMR (CDCl3): δ 3,85 (3H, s), 3,87 (3H, s), 6,54 (1H, s), 6,58 (1H, s), 6,69 (1H, s), 6,81 (1H, s). EI-MS: m/e (rel intensities) = 327 (59), 178 (100), 176 (28), 150 (81), 135 (17). a) Angive hvilken større gruppe af naturstoffer (a) tilhører og indtegn den biologiske byggesten. (a) er et isoquinolinalkaloid afledt fra tyrosin.

NHHO

OH3C

OH

OCH3

b) Opskriv strukturerne for (b) og (c).

NHHO

OH3C

OH

OCH3(a)

C18H21NO4

NHO

OH3C

OH

OCH3

NHO

OH3C

OCH3

OH

H

H

H

H

53

c) Anfør på baggrund af en tilordning af signalerne i 1H NMR spektret om scoulerin har strukturen (b) eller (c) (flere af signalerne kan kun tilordnes en gruppe af protoner). d) Giv en tilordning af de anførte signaler i 1H NMR spektret af coreximin (flere signaler kan kun tilordnes en gruppe af protoner)

NHO

OH3C

OCH3

NHO

OH3C

OCH3

H

H

OH

H

OH

2,65 - 4,20

H

H

H

HH

HH

2,823,24

3,51

3,56

3,86*

3,87*

4,24

6,82¤

6,59¤

6,66+

6,73+

Scoulerin

Coreximin

3,85*

3,87*

6,54¤

6,58¤

6,69¤

6,81¤

Tilstedeværelsen af 4 singletter i det aromatiske område i spektret af coreximin viser at de to protoner i de to aromatiske kerner må sidde para til hinanden. Derimod viser tilstedeværelsen af 2 singletter og 2 dubletter i det aromatiske område i spektret af scoulerin at to af protonerne må sidde trans og to af protonerne sidde ortho til hinanden i de to aromatiske kerner. e) Overvej om det er muligt at skelne de to isomere ved hjælp af EI-MS. De to massespektre se at være næsten ens, hvilket viser at de to isomere, som ventet, ikke kan adskilles.

54

f) Giv et detaljeret forslag til mekanismen for reaktionen (a) → (b) eller (a) → (c), og forklar hvorfor begge isomere kan dannes ved denne reaktion.

NHO

OH3C

OH

OCH3

H

H

H

O

H

H

NHO

OH3C

OH

OCH3

H

H

OH

H+

NHO

OH3C

OCH3

H OH+

NHO

OH3C

OCH3

H

OH+

NHO

OH3C

OCH3

OH

NHO

OH3C

OCH3

OH

H+

55

Bemærk at H2 sidder ortho og H6 sidder para til phenylhydroxylgruppen. De vil derfor begge være tilstrækkeligt aktiverede til at kunne indgå i en Mannichreaktion. Opgave 4.4 Norpluvin (1) forekommer i planter tilhørende narcisfamilien (Amaryllidaceae).

N

O

CH3

HO

H

HO

H

(1) a) Angiv hvilken større gruppe af naturstoffer (1) tilhører, og

indtegn den biologiske byggesten.

N

O

CH3

HO

H

HO

H

Stoffet må formodes at være afledt af tyrosin. Biosyntesen af (1) mener at involvere følgende intermediater:

N

O

CH3

HO

HO

(2)

N

O

CH3

HO

H

HO

H

(1)

H

N

O

CH3

HO

O

(3)H

N

O

CH3

HO

O

(4) b) Foreslå en laboratoriesyntese af (2) ud fra 2-(4-hydroxyphenyl)ethylamin og 3-hydroxy-4-methoxybenzaldehyd (angiv intermediater og reaktionsbetingelser).

56

OH3C

HO

HO

H2NH

O

OH3C

HON

OH

NaBH4

OH3C

HONH

OH

Ved reaktion mellem den primære amin og aldehydet dannes en imin, der kan reduceres til den sekunære amin. Reagenset Fe(CN6)

3- kan anvendes til at gennemføre reaktionen (2) → (3) i laboratoriet. c) Opskriv i detaljer mekanismen for reaktionen (2) → (3) under anvendelse af reagenset Fe(CN6)

3-.

d) Skitser mekanismen for den spontane omdannelse (3) → (4).

N

O

CH3

HO

O

(3)H

N

O

CH3

HO

O

(4)

HOH

N

O

CH3

HO

O

OH-

H H OH OH-

57

Opgave 4.5 Foruden norpluvin (opgave 4.2) er isoleret en række beslægtede alkaloider med afvigende stereokemi, f.eks. kirkin og lycorin. Nedenstående 1H NMR data er opgivet for lycorin:

58

Kerne δ Kobling (Hz) H1 5,58 dd J = 1,1 og 2,2 H11b 2,99 dd J = 11,8 og 2,2 H11c 3,95 d J = 11,8 Nedenstående 1H NMR data er opgivet for kirkin: Kerne δ Kobling (Hz) H1 4,37 q 3 H11b 3,52 dd 8 og 3 H11c 4,24 d 8 I nedenstående figur er tegnet perspektiviske formler for kirkin og lycorin.

a) Angiv på baggrund af en analyse af de opgivne NMR data, hvilken struktur, der svarer til kirkin og hvilken, der svarer til lycorin.

I formlen (2) ses dihedervinklen mellem H11b og H11c at være nær 180°, hvilket forventes at give en stor kobling (Karplusligningen). Da koblingen JH11b,H11c i lycorin er 11,8 Hz, må dette svare til (2). Foruden de nævnte alkaloider er 8-O-demethylvasconin (3) også isoleret:

59

N+

O

HO

H3C

(3)

3,643,85

4,966,92*

7,21*7,52+

7,677,95+

8,85

252: M237: M-CH3

8-O-Demethylvasconin har følgende data: EIMS 70 eV, m/z (rel. int.): 252 (100), 237 (33). 1H NMR (500 MHz, CD3OD): δ 3,64 (2H, t, J = 6,5Hz), 3,85 (3H, s), 4,96 (2H, t, J = 6,5 Hz), 6,92 (1H, s), 7,21 (1H, s), 7,52 (1h, d, J = 7,5 Hz), 7,67 (1H, t, J = 7,5 Hz), 7,95 (1H, d, J = 7,5 Hz), 8,85 (1H, s).

b) Giv en tilordning af de nævnte signaler i spektrene af (3). Bemærk, at selv om molekylet indeholder et ulige antal nitrogenatomer vil M+ ionen have et lige massetal, fordi det ikke er en radikalion.

Opgave 4.6 Naturstoffet epibatedin (1) er isoleret fra huden af en frø fra Ecuador. Stoffet er smertestillende. Stoffet er syntetiseret ud fra (2).

N

Cl

O

HNH2

HNN

Cl

α

(2) (1)

1) H+

2) Base 1 2

34

5

6

3'4'

6'

a) Anfør hvilken større gruppe af naturstoffer (1) tilhører.

Stoffet er et alkaloid. b) Opskrive mekanismen for omdannelsen (2) → (1), idet de to α-

hydrogenatomer vil være aktiverede analogt med hydrogenatomer α til en carbonylgruppe.

60

N

Cl

O

HNH2

HNN

Cl

(2)

H+

H+

N

Cl

OH

HN

H

H+

N

ClHN

H

Base

OH-

N

ClN-

HO

H

1H NMR spektret (360 MHz, D2O) af epibatedin er beskrevet nedenfor δ J (Hz) Kerne 8,30, 1H d, J=2,2 H6’ 7,79, 1H dd, J=8,4 og 2,2 H4’ 7,49, 1H d, J=8,4 H3’ 4,58, 1H d, J=4,0 H1 4,39, 1H t, J=4,0 H4 3,50, 1H dd, J=9,7 og 6,2 H2 2,46, 1H dd, J=13,7 og 9,7 H3 1,86-2,15, 5H m resterende H

c) Giv en tilordning af de protoner, der ikke allerede er tilordnet i tabellen.

d) Forklar koblingsmønsteret af H1, H2, H3, og H4. H1 forventes at koble med én proton ved C2 og to protoner ved C6. Derfor forventes signalet at blive en ddd, der eventuelt kan være forsimplet til en dt, hvis de to J til H2α og H6α er lige store. Dihedervinklen mellem H1 og H2α og H1 og H6α er begge nær 90°, hvorfor koblingen mellem disse er forsvindende, derfor vil kun koblingen mellem H1 og H6β ses. Dette forklarer også hvorfor H2 er en dd på grund af kobling til de to protoner ved H3, men altså kun en forsvindende kobling til H1. Den store kobling i signalet fra H3 er en geminal kobling mellem de to protoner ved H3. I EI-MS spektret af (1) ses toppe ved m/z 210 (4,4) og 208 (15,5). e) Forklar disse toppe i massespektret. De to toppe er radikalmolekylarionerne for hhv. C11H13

37ClN2 og C11H13

35ClN2.

61