Lösung

Heterocyclen
1. Schreiben Sie die chemischen Namen folgender Verbindungen:
S
O
(R)
H3COOC
H
N
(S)
(Z)
(S)
N
(S)
(R)
1
2
3
4
(R)-2-Ethyloxiran (2R,3S)-3-Cyclohexylthiiran- (S)-2-Cyclopentylaziridin
2-Carbonsäuremethylester
(S)-2-Cyclopentyl-2H-azirin
2. Welches Produkt entsteht aus der Reaktion von trans-2-Buten mit Benzoepersäure?
Zeichnen Sie den Reaktionsmechanismus.
HO
+
trans-2-Buten
O
O
O
(S)
(S)
+
O
(R)
Benzoepersäure
2,3-dimethyloxiran
oder trans-2-Buten-oxid
O
H
O
O
OH
O
Benzoesäure
(R)
3. Was ist Polyethylenglykol? Zeichnen Sie die Strukturformel.
HO
O
nH
(Polymer aus der Säure-Katalysierten Ringöffnung von Oxiran)
4. Zeichnen Sie das SN2 Produkt folgender Reaktion:
O
OH
CH3OH
+
H
H3CO
(S)-2-Methoxy-1-phenylethanol
5. Glycerol, Phosphat, Linolsäure und Cholin sind die Bausteine wessen Moleküls?
Schreiben Sie die Formel.
O
H2C O C C17H31
O
HC O C C17H31
O
H2C O P O (CH2)2N(CH3)3
O
Phosphatidylcholin
6. Der Neurotransmitter X kann im menschlichen Organismus aus den
Aminosäuren Phenylalanin bzw. Tyrosin synthetisiert werden. Im ersten Schritt der
X-Biosynthese wird das Tyrosin-Molekül am C3-Atom mit einer zweiten
Hydroxygruppe ausgestattet und liegt damit als 3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA)
vor. Danach decarboxyliert das Enyzm DOPA-Decarboxylase das entstandene
Molekül zum biogenen Amin Dopamin. Durch die Hydroxylierung der Seitenkette
am C-β
β mit Hilfe der Dopamin-Hydroxylase entsteht schließlich X; bei diesem
Reaktionsschritt ist Ascorbinsäure als Cofaktor beteiligt. Zeichnen die Formel von
DOPA, Dopamin und X, und benennen Sie X.
HO
HO
H2N
NH2
COOH
HO
HO
HO
NH2
HO
OH
L-DOPA
Dopamin
Noradrenalin
7. Warum sind Aflatoxine Krebserreger?
Aflatoxine verursachen die DNA-Hydrolyse durch Öffnung des Epoxides und
Alkylierung der Nukleinbasen (speziell von N7-Guanin).
8. Zeichnen Sie die Strukturformel von (R)-Oxetan-2-carbonsäuremethylester (1), 3(N-Methylamin)-azetidin (2) und 3-Ethylazetidin (3), und schlagen Sie eine Synthese
für 3 vor.
O
NH
NH
(R)
COOCH3
H3CHN
1
2
(R)-Oxetan-2carbonsäuremethylester
3
3-(N-Methylamin)-azetidin
3-Ethylazetidin
Br
NH2
50 % KOH, 100 °C
9. Schreiben Sie die chemischen Namen folgender Verbindungen:
HO
OH
O
N
H
(S)
(S)
N
O
1
3-Hydroxy-1H-pyrrol-2Carbonsäuremethylester
O
S
O
2
(2S,4S)-4-Hydroxy-1methylpyrrolidin-2Carbonsäuremethylester
3
2,4-Dimethylthiophen
10. Welche proteinogene Aminosäure enthält einen Pyrrolidin-Ring? Zeichnen Sie
die Strukturformel dieser Aminosäure.
O
C OH
HN
Prolin
11. Furfural kann aus der Dehydratation (-3 Moleküle Wasser) von Xylose (einem
Pentose) hergestellt werden. Zeichnen Sie die Strukturformeln von Xylose und
Furfural und beschreiben Sie den Reaktionsmechanismus.
H
H
HO
H
O
H
O
OH
O H
H+
H
H
OH - H2O H
OH
CH2OH
CH2OH
Xylose
H
O
O
H+
H
H
H
OH - H2O
CH2OH
H
O
O
+
HO CHO
H
CHO
+
H
O
H
H
O
- H2O
CH2OH
Furfural
12. Beschreiben Sie die Synthese von 2,3-Dimethyl-thiophen nach Paal-Knorr.
P2S5
H
O
∆T
O
S
13. Reihen Sie die folgenden Verbindungen nach steigender Säurestärke (NHAcidität) und begründen Sie Ihre Zuordnung:
H
N
pKa
N
H
N
H
1
2
5,3
0,4
N
N
H
N
H
3
4
5
11,2
7,0
14,5
H
N
H
5<3<4<1<2
5: Aromatisches System. Der Ring ist elektronreich.
3: Sekundäres Amin, sp3-Hybridisierung. Piperidin ist eine stärkere Base als Imidazol, Pyridin und Pyrrol
4: Resonanzstabilisierte protonierte Form vom Imidazol. Imidazol ist eine stärkere Base als Pyridin und Pyrrol, aber
schwächer als Piperidin
1: sp2-Hybridisierung. Pyridin ist eine stärkere Base als Pyrrol, aber schwächer als Imidazol und Piperidin
2: Rearomatisierung. Pyrrol ist eine schwächere Base als Pyridin, Imidazol und Piperidin
14. Warum ist die elektrophile Substitution auf Pyrrol in Position-2 bevorzugt?
N
H
+
E
+
H
E
N
H
H
E
N
H
H
E
N
H
E
E
E
N
H
N
H
E
bevorzugt
H
H
N
H
N
H
15. Beschreiben Sie den Säure-katalysierte Polymerisierungsprozess von Furan.
H2SO4
O
O
H
H
O
H
Elektrophil
NH3
O
O
O
H
n
O
O
O
H
H
O
O
O
16. Mit welcher Verbindung (1a, 1b, 1c) findet die folgende Diels-Alder Reaktion statt,
und warum?
X
O
X
+
NH
90 °C
O
NH
O
1a: X=O
1b: X=N
1c: X=S
O
Nur mit 1a, weil Pyrrol und Thiophen eine hohe Aromatizität zeigen.
17. Die Strukturformel von Vitamin H (Biotin) ist folgende:
H
N
X
O
N
H
Nennen Sie den Heteroatom X.
Biotin
COOH
X=S
18. Wie ist Eisen (II) im Hämoglobin koordiniert?
Globin
His
HN
N
N
N
Fe2+
N
N
HOOC
O2
19. Aus welchen Strukturelementen besteht Chlorophyll?
Dihydroporphyrin
Mg2+
cyclo-β-Ketoester
Propionat
Phytyl-Rest
N
N
Mg2+
N
N
H
H
O
O
H
O
O
O
Chlorophyll a
COOH
20. Beschreiben Sie den Mechanismus der Indolsynthese nach Fischer:
O
NH
NH2
OH
+
NH
- H2O
NH
O
HOOC
1-Phenylhydrazin
OH
COOH
2-Oxopropionsäure
H+
NH
NH
NH
NH
Tautomerie
H+
NH2
NH
H
H
- H+
NH
N
COOH
COOH
NH2
NH
NH
COOH
H
- NH3
COOH
250°C
NH
NH2
COOH
NH
COOH - CO2
21. Verbindung 1 oxidiert in der Luft zu einem blauen Farbstoff. Welcher?
Zeichnen Sie die Strukturformel.
O
OH
NaOH, Luft
N
H
1
N
H
H
N
O
Indigo (λmax 590 nm)
22. Schreiben Sie die chemischen Namen folgender Verbindungen und schlagen
Sie eine Synthese für 4 vor:
N
N
O
N
O
N
S
N
O
1
2
3
4
1-Methyl-1Himidazol
2-Phenyloxazol
4-Methylisothiazol
2,5-Dimethyloxazol
O
H2SO4
N CH2
H
N-(2-oxopropyl)acetamid
OH
O
N CH2
H
OH
O
N CH2
H
H2O
O
H
N C
H
- H3O+
O
N
4
2,5-Dimethyloxazol
23. Beschreiben Sie den Mechanismus von der Peptidbindung-Hydrolyse bei der
katalytischen Triade Asp102, His57, Ser195 in dem Enzym Chymotrypsin.
H+
O
O
OH
NH
N
δ/π
O
O
H
ε/τ
HO
Ser195
Ser195
Asp102
HN N
Asp102
His57
His57
O
O
O
NH
HN
H
OH
O
Ser195
Asp102
O
Asp102
- H+
HN
R1
O
HN N
H
R2
- R1COOH
O
HO
O
O
OH
Asp102
His
OH
His
O
His
- R2NH2
O
H
O
R1
O
57
Ser195
57
N NH
Asp102
R1
O
Asp102
57
R2 H
N
O
NH
N
Ser195
O
Ser195
His57
His57
O
NH
N
HN N
O
H
O
O
R1
Asp102
Ser
195
His57
Ser195
24. Benennen Sie ein Lactam-haltige Antibiotikum und zeichnen Sie seine
Strukturformel.
Penicilline
Cephalosporine
R=
β-Lactam
COOH
O
O
N
R
N
H
PhCH2
G
PhOCH2
V
PhOCH(Et) Propicillin
PhCH(NH2) Ampicillin
S
Thiazolidinring
H
N
R
O
S
N
O
O
COOH
25. Zeichnen Sie die Strukturformeln von Picolinsäure, Nikotinsäure und
Isonikotinsäure.
COOH
COOH
N
COOH
Picolinsäure
N
Nikotinsäure
N
Isonikotinsäure
O
Zucker
• Zeichnen Sie D-Ribose in der offenen und α-furanosyl-Form.
HC
H
H
H C
H2C
O
OH
OH
OH
OH
D-Ribose
HO
O
OH
OH OH
α-D-Ribofuranose
2. Zeichnen Sie α- und β-D-Glucopyranose in der Sessel-Konformation.
H OH
HO
HO
H OH
HO
H
H OH
H
OH
α-D-Glucopyranose
HO
HO
HO
H
H
OH
OH
H
β-D-Glucopyranose
3. Woraus bestehen Glykoside? Nennen Sie ein Beispiel.
Aglykon
H OH
HO
HO
H
H
Aglykon
H OH
HO
O
OH
H
H
HO
O
HO
HO
Amygdalin
H
H
HO
HO
HO
H
H
OH
H
O
OH
H
OH
Arbutin
N
4. Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Maltose und Cellobiose und nennen
Sie ihre Herkunft.
glycosidische Bindung C1-α-O-C4
CH2OH
CH2OH
D
OH
OH
D
O
1-α
O
OH
OH
OH
4-O-α-D-Glucopyranosyl-D-Glucopyranosid
Maltose
aus Stärke
D
OH
O
O
OH
CH2OH
D
OH
O
CH2OH
O
1-β
OH
OH
glycosidische Bindung C1-β-O-C4
OH
OH
4-O-β-D-Glucopyranosyl-D-Glucopyranosid
Cellobiose
aus Cellulose
5. Glucose kann sowohl oxidiert wie auch reduziert werden. Beschreiben Sie die
Ihnen bekannten Produkte.
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
HO
H
H
HNO 3
COOH
OH
H
OH
OH
COOH
Glucarsäure
Br
2,
H
2O
H
HO
H
H
D-Glucose
COOH
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
NaIO4*
-H2O
H
O
O
+ 3
O
H
Oxalaldehyd
H
D-Glucose
* Das Periodat oxidiert nur die 1,2-Diole
Gluconsäure
O C
HO
O
HO
H
HO
H
CH2OH
[O]
[H]
O C
O
O
O
H
HO
H
CH2OH
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
D-Glucose
CHO
OH
H
OH
OH
COOH
COOH
O
OH
HO
NaBH4
H
HO
H
H
CH2OH
OH
H
OH
OH
CH2OH
Sorbitol
HO
HO
H
H
CHO
H
H
OH
OH
CH2OH
D-Mannose
OH
OH
D-Glucuronsäure
Ascorbinsäure
H
HO
H
H
H
HO
H
H
NaBH4
α-Anomer
HO
HO
H
H
CH2OH
H
H
OH
OH
CH2OH
Mannitol
O
+
OH
H
H
6. Zeichnen Sie D- und L-Galaktose in der Fischer-Projektion.
HC
H
HO
HO
H C
H2C
HC
HO
H
H
HO C
H2C
O
OH
H
H
OH
OH
D-Galactose
O
H
OH
OH
H
OH
L-Galactose
7. Was versteht man unter den Begriff Mutarotation?
H OH
H OH
HO
HO
HO
H
H
H
OH
OH
α-D-Glucopyranose
36 %
HO
HO
H
H
H
H OH
OH
O
OH
H
Aldohexose
0.02 %
HO
HO
HO
H
H
OH
OH
H
β-D-Glucopyranose
64 %
8. Wodurch unterscheiden sich Amylose und Cellulose, und welche Sekundärstruktur
bilden Sie?
glycosidische Bindung C1-α-O-C4
glycosidische Bindung C1-β-O-C4
CH2OH
CH2OH
CH2OH
D
OH
HO
D
OH
O
1-α
O
OH
Amylose
D
O
1-α
CH2OH
H
D
O
OH
OH
n
O
O
1-β
O
OH
H
O
OH
n
HO
OH
Cellulose
9. Was ist Chitin? Aus welchen Monomeren ist es aufgebaut, wo kommt es vor?
Aufgabe 9
CH2OH
D OO
OH
1-β
H
HO
glycosidische Bindung C1-β-O-C4
NHCOCH3
n
Chitin besteht aus N-Acetyl-D-Glucosamin und kommt im Exoxkelett von Muscheln und Insekten vor
10. Aus welchen Monomeren besteht Hyaluronsäure? Wo kommt sie vor?
glycosidische Bindung C1-β-O-C3
COOH
D OO
1-β
OH
CH2OH
D OO
1-β
H
OH
HO
OH
NHCOCH3
n
D-Glucuronsäure-β-1-3-N-Acetyl-D-Glucosamin
Hyaluronsäure
Bestandteil vom Bindegewebe, Synovialflüssigkeit, Knorpel und
Glaskörper des Auges
Aminosäuren
• Zeichnen Sie die Strukturformel von Glycin, L-Asparagin, D-Prolin, L-Isoleucin
O
NH2
H2N
COOH
Glycin
H2N
N
H
COOH
L-Asparagin
COOH
H2N
D-Prolin
COOH
L-Isoleucin
2. Formulieren Sie das Dissoziationsgleichgewicht von Glutaminsäure:
pK1(α-COOH), 2,2; pK2(γ-COOH), 4,3; pK3(NH2), 9,7
COOH
COOH
COO
pKa 2,2
H3N
pKa 4,3
H3N
COOH
COO
COO
pKa 9,7
H3N
COO
H2 N
L-Glutaminsäure
Netto-Ladung
1
0
-1
-2
2
4
6
8
10
pH
COO
3. Skizzieren Sie einen Weg zur Darstellung von L-Asparaginsäure
COOCH3
COOCH3
+ NH3
H2N
COOCH3
COOH
O
N
H
COOCH3
COOCH3
O
Base
N
H
NaOH
COOCH3
COOH
Acylase
H2N
COOH
COOH
COOH
O
pH>9
(CH3CO)2O
N
H
COOH
4. Zeichnen Sie die D- und L-Struktur von Alanin nach Fischer und CIP
COOH
H2N
H
CH3
L-Alanin
COOH
H
NH2
CH3
D-Alanin
CH3
CH3
H
COOH
H2N
S-Alanin
H
HOOC
NH2
R-Alanin
5. Dansylchlorid ist ein fluoreszierendes Reagenz zur Markierung von primären
und sekundären Amine. Skizzieren Sie seinen Einsatz in der
Aminosäuresequenz-Bestimmung von Peptiden.
N
N
N
O
+
O S O
Cl
H2N
R1
R2
N
H
Base
H
N
O
R3
HCl 6 N
O S O
O S O
O
HN
R1
R2
N
H
O
H
N
O
HN
R3
OH
R1
+ AminosäureGemisch
- Cromathographie (Retentionszeti); Detektion bei 310 nm
- Massenspektrometrie (nicht für Ile/Leu)
(Beide Methoden erlauben die Bestimmung von Gln und Asn nicht,
weil die Säureamid auch hydrolisiert wird)
6. Wie können Tyrosin- und Tryptophanreste in einem Peptid/Protein nachgewiesen
werden? Wie kann man die beiden Reste unterscheiden?
HCl
NaOH
HCl
NaOH
Peptide
1. Zeichnen Sie die Struktur des folgenden Peptides:
Ac – Ala – Leu - Asp(OtBu) – Phe – Lys(Boc) – NH2
O
HN
O
O
H
N
N
H
O
O
O
N
H
O
H
N
O
O
N
H
NH2
O
2. Schlagen Sie eine Synthesemethode vor, um H – Ala – Lys – OH zu erhalten.
Boc-HN
H
Boc-HN
COOH +
DIC/HOBt
H2N
COOtBu
Boc-HN
C
O
N
COOtBu
H
TFA
H2N
C
O
N
COOH
NH2
NH-Boc
3. Beschreiben Sie die Struktur folgendes Peptidtoxins und nennen Sie die
vorhandenen Aminosäurereste
Aufgabe 3
Ser
Trp
Ala
cyklische Peptidkette
bicyklisches Peptid
Thioether Bindung Cys-Trp
Ala
4-Hyp
(Phallotoxin-Familie)
Cys
Thr
4. Was ist ein Depsipeptid? Nennen Sie ein Beispiel.
Valinomycin: Depsipeptid
(alternierende Peptid-LactonBindungen)
5. Fmoc ist eine wichtige Schutzgruppe in der Peptidsynthese. Zum Schutz welcher
Gruppen kann sie eingesetzt werden und wie wird sie abgespalten?
NHR
NHR
O
O
N
H
O
O
+
N
H
H
H
NHR
+
H
H
+
N
O
CO2 + NH2R +
O
N
H
H
6. Beschreiben Sie die Schritten der Festphasenpeptidsynthese und zeichnen Sie
ein Synthese-Schema für das Peptid Ac-Ala-Lys-Asp-Glu-Gly-OH
Ac-Ala-Lys-Asp-Glu-Gly-OH
Hydroxybenzyl oder Trityl Harz Typ + Fmoc-Gly-OH
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Beladung des Harzes mit der Cterminalen Aminosäure (ASn);
Abspaltung der FmocSchutzgruppe: 30 % Piperidin in
DMF;
Kupplung der Aminosäure (ASn-1):
3- bis-10-facher Ueberschuss
Aminosäure mit TBTU(HBTU)/
HOBt/Diisopropylethylamin oder mit
HOBt/DIC;
Wiederholung der Schritten 2. und 3.;
Schritt 2.;
Abspaltung vom Peptid vom Harz mit
TFA.
DIPEA
(mit einem Trityl Harz)
HOBt/HBTU/DIPEA
(mit einem Hydroxybenzyl Harz)
Fmoc-Gly-Harz
Piperidin
H-Gly-Harz
Fmoc-Glu(OtBu)/
HOBt/HBTU/DIPEA
Fmoc-Glu(OtBu)-Gly-Harz
H-Ala-Lys(Boc)-Asp(OtBu)-Glu(OtBu)-Gly-Harz
Ac2O/DIPEA
Ac-Ala-Lys(Boc)-Asp(OtBu)-Glu(OtBu)-Gly-Harz
TFA
Ac-Ala-Lys-Asp-Glu-Gly-Harz