Herstellung einer Perylendiimidaminosäure mit - BBS

Herstellung einer Perylendiimidaminosäure mit Schutzgruppen
Georg von Langen Schule
Holzminden
Problemstellung/ Hintergründe:
Heparin
Fluoreszierende Markierung von Heparin (Glykosaminoglykan GAG) zur besseren
Detektion im Blut! Heparine sind therapeutisch eingesetzte Substanzen zur
Blutgerinnungshemmung. Chemisch gesehen handelt es sich um
Polysaccharide (Glykosaminoglykane), bestehend aus einer variablen
Anzahl von Aminozuckern. Angestrebte Änderungen durch
das asymetrische Perylendiamid:
Lösungsstrategie zur Herstellung von Alloc-Py-Boc
Durchgeführte Arbeitsschritte:
1. Überprüfung der Reaktionsselektivität/-reaktivität der Alloc- bzw. Boc-Aminiosäure
an das Perylen
2. Überprüfung analog einer Synthesevorschrift aus der Doktorarbeit von Fritz Thomas
Wetzel aus Freising. Überprüfung über 3 Reaktionswege:
- Sammeln von Informationen zur Vorgehensweise (Internetrecherche)
- Erstellen der Reaktionsgleichung und der stöchiometrischen Berechnungen
- Ermittlung von Eigenschaften der Edukte:(Sicherheitshinweise usw.)
-Perylen
-Alloc-Schutzgruppe
-Boc-Schutzgruppe
-Imidazol
-benötigte Lösemittel
m(BOC)+20% ÜS
Micro-Ansatz in Reagenzgläsern!
2,2 Teile Boc
1,0 Teile Perylen
in Imidazol 140 °C/ 1h
Aufarbeitung:
mit CH2Cl2/ 2M HCl extrahieren
Kieselgel 60 Säule
Addition der zu substituierenden Aminosäuregruppen an die GAG-Moleküle
Herstellung einer Perylendiimidaminosäure durch Einfügen von geschützten Aminosäuren.
Zielmolekül:
NH
O
NH2 HCl
O
O
O
Alloc-1,2-diaminoethan hydrochlorid
O
O
O
H2N
O
N
. HCl
O
NH
Micro-Ansatz in Reagenzgläsern!
2,2 Teile Alloc
1,0 Teile Perylen
in Imidazol 140 °C/ 1h
Aufarbeitung:
mit CH2Cl2/ 2M HCl extrahieren
Kieselgel 60 Säule
N
O
m(BOC)
41,67
mg
50
mg
m(Perylen)
48,85
mg
n(Boc)
0,25
mmol
O
Reaktionsgleichungen:
O
Bezugsmenge
m(BOC)+20% ÜS
50
mg
m(Alloc)+20%ÜS
54,00
m(BOC)
41,67
mg
n(Boc)
0,25
mmol
m(Alloc)
45,00
mg
n(Alloc)
0,25
mmol
m(Perylen)
97,70
mg
Imidazol
O
O
140°C/ 1h
NH2 + O
O
O
O
M(Alloc_HCL)
180,67
g/mol
Alloc
Py
Alloc
O
O
N
N
O
O
O
O
n(Perylen) Imidazol (Lsm.)
0,25
2
mmol
g
Alloc‐Py‐Alloc‐Syn
m(Alloc)+20% ÜS
m(Alloc)
41,67
mg
50
mg
m(Perylen)
45,24
mg
n(Alloc)
0,23
mmol
n(Perylen) Imidazol (Lsm.)
0,12
1
mmol
g
M(Alloc_HCL)
180,67
g/mol
M(Perylen)
392,3
g/mol
- Erstellen der Synthesevorschriften
- Bestellen der Chemikalien und Laborgeräte
- Durchführung der Reaktion unter Einhaltung der Sicherheits- und
Gefahrenhinweise
- Aufarbeitung mit einer Kieselgelsäule
- MS-Analytik-und Auswertung
- Dokumentation der Ergebnisse
Analytik:
Boc
Py
Boc
keine
Reaktion
C36H30N2O8
• durch MS-Strukturaufklärung
gelang der Nachweis von
Boc-Py-Boc und von
Alloc-Py-Boc.
→I.) Die Synthese von reinem
Boc-Py-Boc war erfolgreich!
→ II.) Die Synthese von reinem
Alloc-Py-Alloc ist nicht möglich!
→III.) Die Synthese eines Boc-Py-Boc
und Alloc-Py-Boc-Gemisches war erfolgreich!
M(Perylen)
392,3
g/mol
MeOH / CH2Cl2 1:20
O
2x
M(BOC_HCl)
167,3
g/mol
1. Boc-Py-Boc
O
O
M(Perylen)
392,3
g/mol
Schlussfolgerungen:
Alloc‐Py‐Boc‐Syn
Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäuredianhydrid
Glycine-tert-butylester-hydrochlorid
M(BOC_HCl)
167,3
g/mol
n(Perylen) Imidazol (Lsm.)
0,12
1
mmol
g
Alloc-Py-Alloc-Syn
O
O
O
O
Alloc-Py-Boc-Syn
Micro-Ansatz in Reagenzgläsern!
1,2 Teile Boc
1,2 Teile Alloc
1,0 Teile Perylen
in Imidazol 140 °C/ 1h
Aufarbeitung:
mit CH2Cl2/ 2M HCl extrahieren
Kieselgel 60 Säule
O
O
O
BOC‐Py‐BOC‐Syn
Boc-Py-Boc-Syn
Perylen
Ausgangsstoffe:
Universität Heidelberg
Prof. Dr. Krämer
M=618,632 g/mol
• Die Trennung der beiden Substanzen aus III.) gelang über
die verwendete Kieselgel 60 Säule nicht vollständig.
→IV.) möglicherweise vollständige Trennung durch ein
anderes Laufmittel oder ein anderes Säulenmaterial.
LC:
Säule:
Laufmittel:
Fluss:
Temp:
Gradient:
UV:
MS:
Methode:
Massen:
Dionex Ultimate 3000RS UHPLC
Phenomenex Kinetex C18, 2.1x100mm, 1.7µ
A= H2O + 0,1% Ameisensäure, B= ACN + 0,09% Ameisensäure
0,550ml/min
40°C
0 min A 100% B 0%, 22min A 5% B 95%, 27min A 5% B 95%
200-500 nm
Bruker micrOTOF II
ESI +
70-1600
Alloc
Py
Boc
2. Alloc-Py-Boc
O
O
O
NH
+
NH2 + O
O
O
O
O
N
O
O
NH
O
O
O
C36H29N3O8
N
NH2
M=631,6308 g/mol
O
O
N
N
O
O O
Alloc
Py
Alloc
Ansatz
Boc
Py
Boc
Ansatz
Boc
Py
Alloc
Ansatz
O
O
N
N
C36H30N2O8
O
O O
M = 631,63
M = 618,632
O
Boc nach Boc
Py 30 min Py
60 min
Boc 90 min Alloc
Ansatz
Ansatz
C36H29N3O8
O
O
140°C/ 1h
O
O
O
Imidazol
O
NH
O
O
O O
1.
2.
O
O
O
Imidazol
3. Alloc-Py-Alloc
140°C/ 1h
O
2x
O
NH
+ O
O
O
N
O
O
O
NH
O
O
HN
O
O
C36H28N4O8
N
NH2
O
M=644,6295 g/mol
Synthesevorschrift Alloc-Perylen-Boc:
1. Zu 4 g bei 110°C geschmolzenen Imidazol gibt man 195,4mg Perylen und rührt bis eine Suspension entsteht. Dann gibt man (0,6mmol) 100mg G‐Boc und (0,6mmol) 108mg D‐Alloc zu, erwärmt die Suspension bis 140°C. DCs zur Reaktionsverfolgung
(Dichlormethan/Methanol 20:1).
Nach 90min wird die Reaktion abgebrochen, auf RT abgekühlt, das feste Reaktionsprodukt in 40 ml Dichlormethan
aufgenommen und die Suspension im Ultraschallbad gerührt und dann filtriert. Das Filtrat 2x mit je 40 ml einer Lösung von NaH2PO4 (10g in 120ml H2O) im Scheidetrichter auswaschen. Das Produkt löst sich in der organischen Phase. Zwischen den Phasengrenzen bildet sich ein roter Schlamm, welcher mit der organischen Phase rausgespült wird. Die organische Phase wird 3x mit 20ml Wasser gewaschen. Ohne den Schlamm wird die organische Phase über Natriumsulfat getrocknet und das Dichlormethan am Rotationsverdampfer bei 50°C ohne Vakuum bis zur Trockene eingeengt
2. Lösen des Feststoffes in Dichlormethan und aufgeben auf eine mit Kieselgel 60 gefüllte Säule. Laufmittelgemisch (80:1 Dichlormethan : Methanol). Die Produkte erscheinen als zwei rote Banden, wobei die Boc‐Py‐Boc Substanz ganz oben, darunter die Boc‐Py‐Alloc Substanz auf der DC‐Platte laufen. Bei den einzelnen Elutionen wird das Lösungsmittel abrotiert und die verschiedenen Produkte im Vakuum getrocknet!
Synthesevorschrift Boc-Perylen-Boc:
1. Einwaage: 50 mg (0,3mmol) Glycerine‐tert.‐butylester hydrochlorid (G‐Boc)
Einwaage: 45,24 mg (0,12 mmol) Perylen zu 1 g bei 110°C geschmolzenen Imidazol im 25ml Spitzkolben. Rühren des Gemischs bis eine gleichmäßige Lösung/Suspension entsteht. Zugabe von D‐Alloc unter Rühren bei vorliegender Temperatur und erwärmen bis 140°C. Reaktionsüberprüfung per DC nach 30, 60 und 90 min (Laufmittel: Dichlormethan/Methanol 20:1). Reaktionsabbruch nach 90 min. Abkühlen auf RT und Zugabe von 40ml Dichlormethan unter Rühren der Suspension. Zugabe von NaH2PO4 (10g in 120ml H2O) und Extraktion im Scheidetrichter. Das Produkt ist in der organischen Phase und das Imidazol in der wässrigen Phase gelöst. Waschen der organischen Phase dreimal mit je 20 ml Wasser; trocknen über Natriumsulfat. Filtration und anschließendes Einengen der organischen Phase bis zur Trockne am Rotationsverdampfer (ohne Vakuum bei 45°C Badtemperatur).
2. Lösen des Feststoffes in Dichlormethan. Aufgabe auf eine mit Kieselgel 60 gefüllte Stummelsäule. Reinigung der Probe von den Nebenprodukten (Laufmittel: Dichlormethan/Methanol 80:1). Qualitative Überprüfung per DC: Produkte ergeben rote Banden.
Literatur:
1. 2. 3. 4.
http://www.sigmaaldrich.com/safety‐center.html
http://www.chemiedidaktik.uni‐wuppertal.de/alte_seite_du/material/milch/milcheiweiss/aminosauren.pdf
Langhals, Heinz; Jona, Wolfgang: Synthese für substituierte Perylene. Universität München 1997
Langhals, Heinz; Jona, Wolfgang. The synthesis of perylenebisimide monocarboxylic acids. European Journal of Organic Chemistry (1998), (5), 847‐851.
5. Büttner, Jörn: Neue Synthesewege zu NIR‐Farbstoffen auf Basis der Quaterrylenbisimid. Universität München 2006
6. Wetzel, Fritz Thomas: Synthese von neuen Verbindungen auf Basis der Perylen‐3,4:9,10‐bis(dicarboximide) für Anwendungen im Flüssigkristall‐ Bereich und als optische Schalter. Universität München 2003
7. Onken, Kristian: Synthese und Charakterisierung neuartiger, ambipolarer organischer Halbleiter, basierend auf Perylencarboximid‐
Systemen kombiniert mit funktionalisierten Spirobifluoreneinheite. Universität Kassel 2007
8. Kampner, Michaela: Schulversuche mit Milch und Einsatzmöglichkeiten im Chemieunterricht. Universität Wuppertal 2005
9. Kuhn, Isabelle: Verbesserung: DC‐ Trennung von Aminosäuren. Phillipps‐ Universität Marburg 2006
10. Krämer, Prof. R.: Mix‐and‐measure fluorescence assays for the selective detection of glycosaminoglycans. Universität Heidelberg
11. Gesetze/ Schulordnung der Georg von Langen BBS
Beteiligte Personen: Willi Krieger, Vanessa Kaußen, Jessica Grieger, Maximilian Conradi, Thorsten Böddeker, Vanessa Harms, Celina Peters, Alexandra Schuster, Teresa Weskamp, Rohit Patel, Jörn Lönneker, Dr. Carsten Wendelstorf