Synthese eines Glycindecylester-Perylen-Derivat - BBS

Synthese eines Glycindecylester-Perylen-Derivat 2015
Georg-von-Langen-Schule
Berufsbildende Schulen Holzminden
Problemstellung/ Hintergründe:
Universität Heidelberg
Prof. Dr. Krämer
Zusammenfassung:
Lösungsstrategie
Heparin ist ein Polysaccharid, dass die Blutgerinnung hemmt und
somit Gerinnsel, die Arterien verstopfen könnten, löst. Zu viel Heparin
jedoch verhindert die Blutgerinnung, sodass es zu einer gesteigerten
Blutungsneigung kommt, ähnlich wie bei der „Bluter“ Krankheit.
Veresterung von Aminosäuren:
Die Veresterungen von Cystein, Tyrosin und Arginin waren, ebenso wie der Versuch
mit Glycosamin bisher nicht erfolgreich.
Das Ziel ist es, einen Schnelltest in Form eines Teststreifens zu
entwickeln, wodurch das Heparin im Blut schnell und quantitativ
bestimmt werden kann, um ein schnelleres Eingreifen ohne großen
Aufwand zum Beispiel bei einem Herzinfarkt zu ermöglichen.
Die Alloc-Py-Asp-Dec-Synthese in DMSO war erfolgreich, es wurde das
symmetrische / asymmetrische Produkt erhalten.
Wir synthetisieren neue Aminosäurederivate mit
Schutzgruppen an der Säurefunktion. Nach
Bindung der Aminogruppe an das Perylen können
nach Abspaltung dieser Schutzgruppen die
Säurefunktionen unserer Derivate sich mit dem
Heparin verbinden bzw. anlagern und so dieses
UV relevant markieren.
O
O
O
NH
N
O
O
N
O
O
Perylen
Zucker
Veresterungen
Asparaginsäure
Ziel:
Darstellung einer
symmetrischen
Glucosamin-PerylenVerbindung
Schlussfolgerung / Lösungsvorschläge:
I. Tyrosin mit Schwefelsäure statt PTS und in äquimolarer Menge in der
Veresterung
einsetzen.
II. Cystein durch einen Cystein-Methylester ersetzen und eine Umesterung mit
Decanol durchführen.
III. Arginin unter anderen Reaktionsbedingungen mit Decanol verestern (eventuell
anderes Lösemittel oder anderen Katalysator verwenden)
IV. Glycosamin Veresterung unter anderen Reaktionsbedingungen (evtl. anderes
Lösemittel verwenden)
V. Zucker (Glycosamin) eventuell einen Zucker ohne Schutzgruppen verwenden.
Cystein
Tyrosin
Ziel:
Darstellung des
asymmetrischen
AsparaginsäuredidecylesterPerylenderivates
Ziel:
Veresterung von Tyrosin
mit Decanol mittels PTS
Arginin
Ziel:
Synthese eines
Arginindecylesters zur
Herstellung eines
Perylenderivates
Ziel:
Veresterung von
L-Cystein mit
Decanol zum
Cysteindecanylester
O
Zucker Gruppe
Asparaginsäure Gruppe
Durchführung:
ALLOC-PY-ASP-DEC
Der Zucker reagiert analog zur Aminosäure nach
der Standardumsetzung mit Perylen:
Synthese in DMSO
• Alternative zur Aminosäure
• Besitzt die nötige Aminogruppe, um mit dem Perylen zu reagieren
• Gesundheitlich unbedenklich, wird als Lebensmittelzusatz
eingesetzt
• Ähnlich zu MRT-Färbereagenzien
2x
OH
HO
HO
+
H3C
2
NH2
H2N
O
O
Decanol
O
Asparaginsäure
O
CH3
O
O
. HCl
+
O
O
O
O
O
H3C
+
O
O
O
Ergebnis:
+
NH3 Cl
O
H2 N
NH
O
O
O
O
O
Das starke Leuchten unter
der UV-Lampe könnte auf
eine geringe Umsetzung mit
dem Perylen hinweisen.
O
Perylen
+
DMSO / NaHCO3 +
20°C / 7 Tage
+
O
O
O
+
NH3
Cl
O
O
O
CH3
CH3
O
H 2N
SH
L-Cystein
Fazit:
H 3C
+
O
O
O
O
O
O
O
N
O
O
O
CH 3
O
N
NH
NH2
OH
O
Schlussfolgerung
Mittels Protamin wird nach einer Herz-Op (Bypass), der
Blutgerinnungswert wieder herabgesetzt. Dazu dient Thrombin,
welches ein basisches Peptid aus 31 Aminosäuren ist, und wegen
seiner 21 Argininreste in der Lage ist sich spezifisch an Heparin zu
binden, um dessen Wirkung auf die Blutgerinnung aufzuheben.
• Arginin kann spezifisch an Heparin binden (Lit-Nr. 5)
• Arginin in Form des Decylesterderivates an Perylen binden
• Evtl. entsteht ein Perylenderivat, dass in der Lage ist Heparin
effektiver zu binden
Asymmetrisch
Symmetrisch
Reaktionsgleichung zur Synthese des Argininesters:
Asp-Dec-Py-Asp-Dec
Alloc-Py-Asp-Dec
CH 3
C
H2
Idee
O
O
H2N
Fazit:
Eine visuelle Beurteilung unter UV-Licht bewies, dass
eine Reaktion stattgefunden hat, aufgrund einer
fluoreszierenden Färbung im organischen Lösemittel.
Da kein Nachweis mittels LC/MS vorliegt, kann nicht
bestätigt werden, dass unser gewünschtes,
asymmetrisches Produkt entstanden ist.
Der Vergleich durch die Dünnschichtchromatografie
zeigt jedoch, dass das symmetrische Produkt auf
jeden Fall gebildet wurde, allerdings nur in kleinen
Mengen.
Beteiligte Personen: NH
Ergebnis:
OH
NH2
Abb.1
PTS
in Toluol
O
NH
+
HO
CH3
-H2O
O
NH
Da sich die Probe wie auch das Arginin in Wasser löst,
in Ethylacetat sich jedoch beides nicht löste, kann es nicht zu einer
Polymerbildung gekommen sein. Da Polymere in der Regel nicht löslich
sind, weder in org. noch anorg. Lösemitteln. Der pH-Wert der Probe
liegt im neutralen Bereich (pH 6).
Æ Die Substanzen im Kolben waren
die vermengten Edukte
Zusammenfassung:
Æ keine Reaktion von Arginin mit Decanol unter diesen Bedingungen
Æ Die Substanzen im Kolben waren die vermengten Edukte
1-Decanol
CH 3
Cysteinedecanylester
Reaktionsgemisch
nach 4 Stunden
Aufbereitung des
Einengung des
Reaktionsgemisch mit Reaktionsgemisches
Natriumcarbonat-Lsg
Abb.2
Abb.3
HO
O
O
NH2
Schlussfolgerung: Der weiße Schleim könnte polymerisiertes oder nicht gelöstes Tyrosin sein.
Eine GC-Kontrolle des Produktes zeigte nur Decanol (evtl. thermische Zersetzung
des Zielproduktes in der Säule → LC/MS-Analyse könnte Produkt eher aufklären).
CH3
NH2
CH3
Die erste Reaktionskontrolle erfolgte nach 3,5 h
refluxieren,
allerdings
war
kein
Produkt
entstanden (Abb.1), also wurde weiter refluxiert.
Während der Aufarbeitung setzte sich dann ein
weißer Schleim ab, der verworfen wurde (Abb.2).
Abb.3 zeigt das DC nach der Aufarbeitung der
organischen Phase. Da nur Amine angefärbt
werden und die Edukte im DC nicht laufen, könnte
es sich um das Zielprodukt handeln.
O
NH
H2N
+
-H2O
N
O
O
SH
OH
O
O
N
O
OH
+ PTS
+ Toluol
O
O
O
H 2N
Tyrosin Gruppe
Eine LC/MS-Analyse bestätigt, dass
keine Umsetzung stattgefunden hat.
Arginin Gruppe
O
O
PTS
H 3C
Die Reaktion ist nicht wie gewünscht abgelaufen. Der Rückstand enthält kein L-Cysteindecanylester.
Die Ursache der nicht ablaufenden Veresterung könnte die zu kurze Reaktionszeit oder die
Sulfidbindungsbildung der Aminosäure sein.
Synthese eines Arginindecylesters zur Herstellung eines Perylenderivats
O
+
Durchführung:
Reaktionsaufbau
HO
H 3C
3
CH
O
O
-
O
3
CH
O
O
•Sterische Hinderung
•Zu hohe Wasserlöslichkeit
•Nicht stabil in DMSO/NaHCO3
•Zu starke Schutzgruppen
•Falsche Reaktionsbedingungen
O
N-Alloc-ethylendiamin
O
Ergebnisanalyse:
+
Perylen
+ DMSO / NaHCO3
+ 20°C / 7 Tage
CH3
O
OH
Wir haben uns aufgrund der
Sulfid-Gruppen im Heparin
für eine schwefelhaltige
Aminosäure (Cystein)
entschieden, da sie
vermutlich Wasserstoffbrückenbindungen und
Schwefelbrückenbindungen
bilden könnte.
Mögliche Gründe warum keine
Reaktion stattgefunden hat:
Asparaginsäure-di-decylester-hydrochlorid
+
N
CH3
CH3
O
O
O
N
O
O
O
H3C
O
O
O
O
O
+ p-Toluolsulfonsäure
+ Toluol/ 12h bei 110°C
+ 12 M HCl
O
O
O
O
O
O
Beobachtung:
O
O
H3C
DMSO/NaHCO3
20°C/14 Tage
O
O
CH3
O
Reaktionsgleichung:
O
Idee:
H3C
O
O
O
Cystein Gruppe
Vorüberlegung: Warum ein Zucker?
Literatur:
1.
2.
3.
4.
5.
Organikum, 23. Auflage, S. 484 (Tabelle 7.41)
Organikum, 23. Auflage, S. 481
www.chemie.uni-hamburg.de/studium/praktika/oc-grund/816_Glucosepentaacetat.pdf
www.bbs-holzminden.de/index.php?id=190#c521 (Ergebnisse der vorangegangenen Projektgruppen)
GIT Labor-Fachzeitschrift 3/2010, S. 194-197, GIT Verlag GmbH & Co.KG, Darmstadt („Direkte Messung des Heparinspiegels beim
Blutgerinnungsmanagement“)
6. 024 Synthesevorschrift Alloc-Py-Phe-Boc (Ergebnisse der vorangegangenen Projektgruppen)
7. Synthesevorschrift Asparagin-di-decylester-hydrochlorid (Ergebnisse der vorangegangenen Projektgruppen)
Stephanie Korte, Nadine Schmidtmeier, Lara Hammerlik, Marvin Brandt, Patrick Ostermann, Karolin Bolte, Lena Schrader, Marie‐Karolin Herold, Kevin Bajerke, Jan Rabbe, Sina Höfer, Angelina Lautenschläger, Nunzio‐Simone Ippolito, Sebastian Peschtrich und Dr. Carsten Wendelstorf