SZERVES KÉMIA III. ANTUS, SÁNDOR MÁTYUS, PÉTER

SZERVES KÉMIA III. ANTUS, SÁNDOR MÁTYUS, PÉTER

SZERVES KÉMIA III. ANTUS, SÁNDOR MÁTYUS, PÉTER

Publication date 2014 Szerzői jog © 2014 Antus Sándor, Mátyus Péter, Nemzedékek Tudása Tankönyvkiadó Alkotó szerkesztő: ANTUSNÉ dr. ERCSÉNYI ÁGNES Közreműködők: BERÉNYI SÁNDOR - egyetemi docens KRAJSOVSZKY GÁBOR - egyetemi adjunktus Lektorálták: BERNÁTH GÁBOR - egyetemi tanár HERMECZ ISTVÁN - c. egyetemi tanár A borítón látható GYKI–16084 jelzésű molekula az IVAX Gyógyszerkutató Intézet igéretes fejlesztése a jóindulatú prosztatanagyobbodás kezelésére. Ez a molekulaképlet híven tükrözi a szerzők oxigénheterociklusok, illetve piridazinszármazékok iránti tudományos érdeklődését. Minden jog fenntartva. A mű egészének vagy bármely részének mechanikus, illetve elektronikus másolása, sokszorosítása, valamint információszolgáltató rendszerben való tárolása és továbbítása a Kiadó előzetes írásbeli engedélyéhez kötött. Nemzedékek Tudása Tankönyvkiadó Zrt. www.ntk.hu Vevőszolgálat: [email protected] Telefon: 06 80 200 788 A kiadásért felel: Kiss János Tamás vezérigazgató Raktári szám: 42574/1/I Felelős szerkesztő: Hernádi Katalin Műszaki igazgató: Babicsné Vasvári Etelka Műszaki szerkesztő: Szabóné Szetey Ildikó Terjedelem: 10,73 (A/5) ív Átdolgozott kiadás, 2014 Nyomdai előkészítés: PGL Grafika Bt. Tipográfia: Görög Istvánné Készült a Gyomai Kner Nyomda Zrt.-ben Felelős vezető: Fazekas Péter vezérigazgató Telefon: 66/887-400

Tartalom 1. TERMÉSZETES VEGYÜLETEK ................................................................................................................................................................ 1 Aminosavak, peptidek, fehérjék ............................................................................................................................................................. 3 Aminosavak, peptidek, fehérjék csoportosítása és nevezéktana ...................................................................................................... 3 α-Aminosavak fizikai tulajdonságai ................................................................................................................................................. 7 α-Aminosavak előállítása ............................................................................................................................................................. 10 α-Aminosavak kémiai tulajdonságai .............................................................................................................................................. 13 Peptidek és fehérjék szerkezete .................................................................................................................................................. 18 Peptidek szintézise ...................................................................................................................................................................... 23 Szénhidrátok ....................................................................................................................................................................................... 28 Szénhidrátok előfordulása és csoportosítása ................................................................................................................................ 28 Monoszacharidok ................................................................................................................................................................................ 28 Monoszacharidok csoportosítása és fizikai tulajdonságai ............................................................................................................... 28 Monoszacharidok szerkezete ....................................................................................................................................................... 30 Cukrok mutarotációja ................................................................................................................................................................... 31 Monoszacharidok kémiai tulajdonságai ......................................................................................................................................... 35 Oligoszacharidok ................................................................................................................................................................................. 49 Diszacharidok .............................................................................................................................................................................. 49 Maltóz, cellobióz és laktóz ........................................................................................................................................................... 50 Ciklodextrinek .............................................................................................................................................................................. 51 Poliszacharidok ........................................................................................................................................................................... 52 Cellulóz, keményítő és glikogén ................................................................................................................................................... 52 Nukleinsavak, nukleotidok, nukleozidok ................................................................................................................................................ 56 Nukleinsavak építőkövei .............................................................................................................................................................. 56 Pentózok szerkezete ................................................................................................................................................................... 57 Bázisok szerkezete ..................................................................................................................................................................... 58 Nukleozidok ................................................................................................................................................................................ 58 Nukleotidok ................................................................................................................................................................................. 60 Nukleinsavak elsődleges szerkezete ............................................................................................................................................ 63 DNS másodlagos szerkezete ....................................................................................................................................................... 65 DNS harmadlagos szerkezete és biológiai funkciója ..................................................................................................................... 66 RNS térszerkezete és biológiai szerepe ....................................................................................................................................... 67 Nukleotid koenzimek ................................................................................................................................................................... 68 Izoprénvázas vegyületek ...................................................................................................................................................................... 71 Terpenoidok ................................................................................................................................................................................ 72 Karotinoidok ................................................................................................................................................................................ 77 iii

SZERVES KÉMIA III. Szteroidok ................................................................................................................................................................................... 78 Szteroidok szerkezete ................................................................................................................................................................. 78 Szteroidok csoportosítása és fontosabb származékai .................................................................................................................... 79 Flavonoidok ......................................................................................................................................................................................... 84 Flavonoidok előfordulása és szerkezete ....................................................................................................................................... 84 Kumarin és származékai ............................................................................................................................................................. 86 Kromon és származékai .............................................................................................................................................................. 88 Flavonoidok biológiai jelentősége és fontosabb származékaik ....................................................................................................... 99 Alkaloidok .......................................................................................................................................................................................... 105 Alkaloidok csoportosítása és legfontosabb képviselői .................................................................................................................. 106 Antibiotikumok ................................................................................................................................................................................... 117 β-Laktám antibiotikumok ............................................................................................................................................................ 118 Aminosav és peptid típusú antibiotikumok .................................................................................................................................. 123 Glikozid típusú antibiotikumok .................................................................................................................................................... 124 Policiklusos antibiotikumok ......................................................................................................................................................... 126 Spirociklusos antibiotikumok ....................................................................................................................................................... 127 Porfinvázas vegyületek ...................................................................................................................................................................... 127 Porfin ........................................................................................................................................................................................ 128 Hemoglobin ............................................................................................................................................................................... 129 Epefestékek .............................................................................................................................................................................. 130 Klorofill ...................................................................................................................................................................................... 131 B12-vitamin ................................................................................................................................................................................ 131 2. FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK .......................................................................................................................................................... 133 Magnéziumorganikus vegyületek ........................................................................................................................................................ 135 Magnéziumorganikus vegyületek előállítása ................................................................................................................................ 135 Magnéziumorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai ................................................................................................................ 138 Lítiumorganikus vegyületek ................................................................................................................................................................ 142 Lítiumorganikus vegyületek előállítása ........................................................................................................................................ 143 Lítiumorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai ........................................................................................................................ 147 Cinkorganikus vegyületek .................................................................................................................................................................. 154 Cinkorganikus vegyületek előállítása .......................................................................................................................................... 154 Cinkorganikus vegyületek kémiai sajátságai ............................................................................................................................... 156 Bórorganikus vegyületek .................................................................................................................................................................... 158 Bóroganikus vegyületek előállítása ............................................................................................................................................. 159 Bórorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai ............................................................................................................................ 161 Talliumorganikus vegyületek .............................................................................................................................................................. 164 Fémtalliummal végzett átalakítás ................................................................................................................................................ 165

iv

SZERVES KÉMIA III. Tallium(I)-vegyületekkel végzett átalakítások ............................................................................................................................... Tallium(III)-vegyületekkel végzett átalakítások ............................................................................................................................. Szilíciumorganikus vegyületek ............................................................................................................................................................ Szilánszármazékok előállítása .................................................................................................................................................... Szilánszármazékok kémiai tulajdonságai .................................................................................................................................... Szilíciumorganikus védőcsoportok alkalmazása a szerves kémiában ........................................................................................... Rézorganikus vegyületek ................................................................................................................................................................... Rézorganikus vegyületek előállítása ........................................................................................................................................... Rézorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai ........................................................................................................................... Titánorganikus vegyületek .................................................................................................................................................................. Titánorganikus vegyületek előállítása ......................................................................................................................................... Titánorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai .......................................................................................................................... Palládiumorganikus vegyületek .......................................................................................................................................................... Palládiumkatalízissel lejátszódó keresztkapcsolási reakciók ......................................................................................................... A. SZAKKIFEJEZÉSEK MAGYARÁZATA ................................................................................................................................................... B. Névmutató ............................................................................................................................................................................................

v

165 168 174 175 175 180 183 183 185 190 191 192 199 199 218 225

Az ábrák listája 13.1. A természetes anyagok rendszerezése ................................................................................................................................................. 2 13.2. A β-redőzött réteg vázlatos szerkezete ................................................................................................................................................ 22 13.3. Az α-hélix vázlatos szerkezete ............................................................................................................................................................ 23 13.4. Osztásos-keveréses dipeptidszintézis folyamatábrája, ahol G = glicin, A = alanin, V = valin .................................................................... 27 13.5. HOMO-LUMO kölcsönhatás ................................................................................................................................................................ 34 13.6. Ciklodextringyűrű ................................................................................................................................................................................ 52 13.7. Nukleinsavak szerkezete DNS: R = H, RNS: R = OH .......................................................................................................................... 64 13.8. A DNS kettős hélixe ........................................................................................................................................................................... 66 13.9. A transzfer RNS szerkezete ................................................................................................................................................................ 68 13.10. Legfontosabb szteroid alapvázak ....................................................................................................................................................... 79 13.11. Fontosabb penicillinszármazékok ..................................................................................................................................................... 119

vi

A táblázatok listája 13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 13.6.

Természetes aminosavak ..................................................................................................................................................................... 4 Néhány aminosav fizikai állandói .......................................................................................................................................................... 8 Monoszacharidok felosztása ............................................................................................................................................................... 28 Terpének csoportosítása ..................................................................................................................................................................... 72 Tokoferolok szerkezete és előfordulása ............................................................................................................................................. 103 Néhány természetes izoflavon ........................................................................................................................................................... 104

vii

1. fejezet - TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A zöld növények – asszimilációjuk során – szervetlen vegyületekből, mégpedig szén-dioxidból és vízből klorofillok jelenlétében napfény segítségével szén-, hidrogén és oxigéntartalmú vegyületeket, így szénhidrátokat, karbonsavakat, oxokarbonsavakat szintetizálnak. Ezek a molekulák – kibővülve az oxokarbonsavakból a levegő nitrogénjének beépülésével keletkező nitrogénszármazékokkal, főként aminosavakkal – közvetlenül vagy átalakulva a növények szervezetének építőelemei, energiaszolgáltatói és szabályozói lesznek. Összességükben az élő szervezet szempontjából létfontosságúak, ezért szokás ezeket a vegyületeket elsődleges anyagoknak, a hozzájuk vezető szintéziseket pedig elsődleges anyagcserefolyamatoknak (primer metabolizmusoknak) nevezni. Az elsődleges anyagcseretermékek átalakulása másodlagos anyagok keletkezéséhez vezet. A növények különböző szöveteiben felhalmozódó másodlagos anyagok biológiai szerepét ma még kevéssé ismerjük. A természetes eredetű vegyületek elsődleges és másodlagos anyagokra való felosztása meglehetősen önkényes és inkább hagyományokban gyökerező, mint tudományosan megalapozott. Bizonyos vegyületek nehezen is sorolhatók egyik vagy másik csoportba – de ennek ellenére a szakirodalom ma is gyakran használja ezt a besorolást. A 13.1. ábrán mi is ezt a rendszerezést követjük. A természetes eredetű vegyületek rendszerezésének újabb lehetőségét bioszintézisük kulcsintermedierjének ismerete adhatja meg. Ma már a legtöbb élő szervezetben keletkező vegyület bioszintézise ismert, ami nagyrészt a magyar származású Hevesy Györgynek köszönhető, aki az izotópnyomjelzés széles körben alkalmazható módszerét kidolgozta (1943, kémiai Nobel-díj). Így a legtöbb, bonyolult szerkezetű természetes anyag visszavezethető egyszerűbb építőelemekre, úgymint acetát- (C2) vagy izoprénegységekre (C5). A szerkezeti analógiák alapján megkülönböztethetők acetogeninek, poliketidek, izoprenoidok, fenoloidok stb. Az elsődleges természetes vegyületek közül a karbonsavak a 9. fejezetben kerültek tárgyalásra. Az alábbiakban – biológiai jelentőségük okán – az elsődleges természetes vegyületek további képviselőit az aminosavakat, peptideket, fehérjéket, szénhidrátokat és nukleinsavakat, a másodlagos természetes anyagok közül pedig az izoprénvázas vegyületeket, a flavonoidokat, az alkaloidokat, antibiotikumokat és a porfinoidokat tárgyaljuk.

1

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK

13.1. ábra - A természetes anyagok rendszerezése

2


Aminosavak, peptidek, fehérjék Aminosavak, peptidek, fehérjék csoportosítása és nevezéktana Az aminosavak olyan helyettesített karbonsavak, amelyekben a szénhidrogéncsoportok egy vagy több hidrogénjét aminocsoport helyettesíti. Az aminosavakat a szénhidrogénrész jellege (alifás/aromás), valamint az aminocsoportnak a karboxilcsoporthoz viszonyított helyzete szerint osztályozzuk, és így megkülönböztethetünk α-, β-, γ- stb. aminosavakat, illetve aromás aminosavakat.

A különféle típusú aminosavak közül legjelentősebbek az α-aminosavak, mert ezekből épülnek fel az élő sejt anyagállományának nélkülözhetetlen alkotórészei, a fehérjék. Sokféle fehérjét ismerünk, így a fehérje elnevezés gyűjtőfogalom, hasonlóan a szénhidrogénekhez. A közismert tojásfehérje is sok száz különböző fehérje vizes oldata, melyből körülményes munkával tiszta, egységes fehérjéket lehet elkülöníteni. Ezek teljes hidrolízisénél α-aminosavak, részleges hidrolízisénél pedig peptidek keletkeznek. A peptidek két vagy több α-aminosavból (továbbiakban aminosavból) az ún. peptidkötéssel felépülő molekulák. A peptidkötés olyan savamidkötés, amely az egyik aminosav karboxilcsoportja és a másik aminosav αaminocsoportja között alakul ki. Minden egyes savamidkötés létrejötte egy molekula víz lehasadásával jár, vagyis a peptidek és a fehérjék az aminosavak polikondenzációs termékei.

3


A fehérjék kémiai szempontból két csoportba sorolhatók. Az egyszerű fehérek a proteinek (csak aminosavrészekből állnak), az összetett fehérjék a proteidek (az aminosavrészeken kívül még más alkotórészt is tartalmaznak). Az egyszerű fehérjék több száz aminosavrészt tartalmaznak. Általában, ha az aminosavrészek száma kevesebb mint 100, akkor nem fehérjékről, hanem polipeptidekről vagy peptidekről beszélünk. A peptideket az aminosavrészek száma szerint csoportosítva megkülönböztetünk di-, tri-, tetra- stb. peptideket. A fehérjék és a peptidek peptidláncának egyik végén aminocsoport, a másikon karboxilcsoport van. Az előbbit N-, a másikat C-terminális láncvégnek nevezzük. A peptidlánc szokásos felírása szerint az N-terminális láncvég bal oldalon van és jobbra folytatódik a lánc. A fehérjék és peptidek teljes hidrolízisével mintegy 20-féle aminosav nyerhető, közöttük monoamino-monokarbonsavak, monoamino-dikarbonsavak, továbbá második bázisos (amino- vagy guanidino-) vagy egyéb (hidroxil-, szulfhidril-) csoportot is tartalmazó aminokarbonsavak, valamint izo- vagy heterociklusos szerkezetű részeket is magukban foglaló aminokarbonsavak. Különleges szerkezetű hidrolízistermékek a prolin és a hidroxiprolin, melyek α-helyzetben gyűrűbe zárt, bázisos jellegű iminocsoportot tartalmaznak (13.1. táblázat).

13.1. táblázat - Természetes aminosavak Név

Rövidíttett jelzés

Szerkezet

1. Monoamino-monokarbonsavak Glicin

Gly

(glikokoll) Alanin

Ala

4

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Valin

Val

Leucin

Leu

Izoleucin

Ile

Szerin

Ser

Treonin

Thr

Cisztein

Cys

Cisztin

(Cys)2

Metionin

Met

Fenilalanin

Phe

Tirozin

Tyr

Triptofán

Trp

Prolin

Pro

5

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Hidroxi-prolin

Hyp

2. Monoamino-dikarbonsavak Aszparaginsav

Asp

Glutaminsav

Glu

3. Két bázisos csoportot tartalmazó monokarbonsavak Lizin

Lys

Arginin

Arg

Hisztidin

His

Az aminosavakat a szubsztitúciós nómenklatúra szabályai szerint nevezzük el, de a természetben előforduló aminosavaknak triviális nevük van (13.1. táblázat). Ez utóbbi nevek szimbólumai az angol névváltozat első három betűjéből adódnak – például glycine (Gly), alanine (Ala) stb.

Az aminosavakból levezethető acilcsoport nevét a triviális név in végződésének il-re való cseréjével kapjuk.

6


A fehérjék, peptidek szisztematikus neve az N-terminális láncvégtől indulva az aminosavrészek összefűzését jelenti. A névben használjuk az aminosavak rövidítéseit. Gyakran meg is számozzuk az aminosavrészeket. A számozás az N-terminálison kezdődik.

A természetben előforduló peptideknek és fehérjéknek is triviális nevük van. Ilyen például az agyban található morfinszerű fájdalomcsillapító hatású pentapeptid, az enkefalin (H–Tyr–Gly–Gly–Phe–Met–OH) vagy a kötőszövet a kollagén, az inak, porcok és csontok fehérjéje [–(Gly–Pro–X)n–, az X különböző aminosavat jelent].

α-Aminosavak fizikai tulajdonságai Sav-bázis jelleg Az α-aminosavak kristályos, magas olvadáspontú vegyületek. Olvadáspontjuk sokkal magasabb, mint azoké a karbonsavaké vagy aminoké, melyekből helyettesítéssel levezethetők. Olvadáspontjuk fölött elbomlanak, gázhalmazállapotban nem létképesek. Oldékonyságuk is a sókra emlékeztet. Szerves oldószerekben, például alkoholban a prolin és a hidroxiprolin kivételével gyakorlatilag oldhatatlanok, míg vízben valamennyi jól oldódik. Oldatban, az oldat pH-jától függően kationként, anionként vagy ún. ikerionos alakban vannak jelen. Minthogy e vegyületek egyidejűleg bázikusak és savasak, a savas csoport (–COOH) átadja a protonját a bázisosnak (–NH2), és így keletkezik az ikerionos forma.

Az aminosavak ikerionos szerkezetű molekuláinak ugyanannyi a pozitív töltése, mint a negatív. A molekulák „bruttó” töltése tehát nulla, azaz vizes oldatban izoelektromos állapotban vannak. Nyilvánvaló, hogy vizes oldatban a következő sav–bázis egyensúlyi rendszer jelenlétével kell számolnunk. 7


Az egyensúly helyzetét a vizes oldat hidroxóniumion-koncentrációja (pH-értéke) szabja meg. Ha a vizes oldathoz erős savat (pl. sósavat) adunk, akkor a molekula gyengén bázisos – anion jellegű – karboxilátcsoportja is protonálódik és átalakul kationná, azaz az aminosav hidrokloridja (só) keletkezik. Erős bázis (pl. NaOH) hozzáadásakor, a hidroxidionok az aminosav ammóniumcsoportjáról leszakítják a protont, és a molekulát anionná alakítják át, melynek negatív töltését a lúgból visszamaradt nátriumion semlegesíti. Éppen ezért az aminosavak lúgos oldatuk elektrolízisekor mint anionok az anód felé, míg savas oldatuk elektrolízisénél kationként a katód felé vándorolnak. Azt az állapotot, amelyre az jellemző, hogy az oldott aminosav az egyenáram hatására nem mozdul el sem a katód, sem az anód irányába, izoelektromos állapotnak, a hozzá tartozó pH-értéket izoelektromos pontnak (pI) nevezzük. Ez az érték az aminosavra jellemző fizikai állandó. Az aminosavaknak – mint amfoter tulajdonságú vegyületeknek – meghatározhatjuk mind a savi, mind pedig a bázisos erősségét is. A savi erősséget a karboxilcsoportra vonatkozó disszociációexponenssel (pK1), a bázisos erősséget pedig az ammóniumcsoport disszociációs készségeként egy savi disszociációexponenssel (pK2) jellemezhetjük (13.2. táblázat). A savi, illetve bázisos disszociációexponens közt a pKs = 14–pKb összefüggés érvényes.

13.2. táblázat - Néhány aminosav fizikai állandói Név

Op. (°C)

[α]D (*)

pI

pK1

pK2

Glicin

292

–

5,97

2,34

9,60

L–Alanin

297

+14,6

6,00

2,34

9,69

L–Valin

315

+28,3

5,96

2,32

9,62

L–Treonin

253

–15,2

6,16

2,71

9,62

L–Prolin

222

–60,4

6,30

1,99

10,60

*

α-Aminosavak térszerkezete Az α-aminosavak molekulái – a glicin kivételével – királisak, és ennek megfelelően két tükörképi konfigurációba rendezhetők, melyeket a Fischerféle jelölést használva L-, illetve D-betűkkel különböztethetünk meg.

8


A természetben előforduló aminosavak túlnyomó többsége az L-sorba tartozik és (S)-abszolút konfigurációjú, mint azt az R-(+)-glicerinaldehiddel történő kémiai korrelációjuk, valamint röntgenvizsgálataik is igazolták. Az L-cisztein esetén a C.I.P. szabály alapján a prioritási sorrend miatt nem az (S)-, hanem az (R)-konfiguráció adódik.

Érdekes, hogy mikroorganizmusok [Gram (+) és (–) egyaránt] a „nem fehérjealkotó” D-konfigurációjú aminosavakat is képesek felépíteni. A közismert antibiotikum a penicillin egyik jellemző építőköve a β,β-dimetil-D-cisztein (penicillamin).

9


α-Aminosavak előállítása Az α-aminosavak szintézisének több módja ismeretes, ezek közül csak a legfontosabbakat tárgyaljuk.

Halogénezett savak aminálásával Az α-halogénezett savak ammónium-hidroxiddal aminosavakká alakíthatók át.

A keletkező aminosav aminocsoportja az ikerionos szerkezet miatt kevésbé bázisos, mint más aminokban, így a további alkilezési reakció lassú. Kedvezőbb hozammal tisztább terméket kapunk α-bróm-karbonsavészterből kiindulva, ahol a nitrogénatomot az erősen nukleofil ftálimid-kálium szolgáltatja.

Aldehidekből Strecker–Zelinszkij-féle szintézissel Aldehidek ammóniumaddícióját kísérő eliminációjában a keletkező aldimin cseppfolyós hidrogén-cianiddal α-aminonitrillé alakítható, melyből hidrolízissel aminosav nyerhető.

10


A veszélyes hidrogén-cianid alkalmazása ammónium-klorid/nátrium-cianid együttes használatával elkerülhető.

Hippursavból Erlenmeyer-féle azlakton-szintézissel A hippursav (N-benzoilglicin) ecetsavanhidriddel gyűrűt zár, és a keletkező azlakton nátrium-acetát jelenlétében aldehidekkel könnyen kondenzációs reakcióba lép.

11

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A szintézis következő lépéseként az α,β-telítetlen laktont lúgos oldatban nátrium-amalgámmal redukálják, melynek során a képződött telített azlakton először a kívánt aminosav N-benzoilszármazékának nátriumsójává, majd pedig a megfelelő aminosav és benzoesav nátriumsójának keverékévé hidrolizál, melyből savanyításra az aminosavat kapjuk meg.

α-Aminosavak rezolválása Az előzőekben ismertetett eljárások az aminosavak racemátjait eredményezik. Az enantiomerek szétválasztását (rezolválását) enzimekkel mint biokatalizátorokkal, vagy diasztereomer sóképzéssel valósítják meg. Aminosavak N-acetilszármazékainak racemátjai aciláz enzim jelenlétében úgy hidrolizálnak, hogy csak az (S)-konfigurációjú enantiomer szenved hidrolízist, könnyen elválasztható az (R)-N-acetilaminosavtól. Az aciláz enzim sertésveséből nyerhető.

További lehetőség a szétválasztásra a diasztereomer sópárképzés, amely során először az aminosav amfoter jellegét, például benzoilcsoport beépítésével megszüntetik. Az így nyert N-benzoilszármazékból mólekvivalens mennyiségben vett optikailag tiszta bázissal [pl. (+)-brucin vagy (+)sztrichnin] sót képeznek. Az így nyert diasztereomer sók 1:1 arányú keveréke frakcionált kristályosítással szétválasztható. A diasztereoegységes sókból a megfelelő konfigurációjú N-benzoilaminosav savas kezeléssel szabadítható fel, és végül a benzoilcsoport hidrolízissel hasítható le.

12


α-Aminosavak kémiai tulajdonságai Az aminosavak kémiai tulajdonságait elsősorban a reakcióképes amino- és karboxilcsoport határozza meg. Az alábbiakban csak az α-aminosavak kémiai sajátosságaival foglalkozunk.

Aminocsoport reakciói Alkilezés Az aminosavak, hasonlóan az aminokhoz, alkilezőszerekkel (pl. dimetil-szulfáttal) lúgos közegben negyedrendű ammóniumsókká, ún. betainokká alakíthatók.

13

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Legegyszerűbb képviselőjük a betain (R=H) a cukorrépában (Beta vulgaris) fordul elő, és glicinből nyerhető a fentiek szerint. Acilezés Az aminosavak acilezőszerekkel savmegkötő jelenlétében acilezhetők.

A klórhangyasav-benzilészterrel végzett acilezés különösen a peptidszintézisekben jelentős, mivel a keletkező uretán típusú származékokból nemcsak hidrolízissel, hanem hidrogenolízissel is regenerálható az aminosav. Reakció salétromossavval A primer alifás aminokhoz hasonlóan az aminosavak salétromossavval már szobahőmérsékleten is pillanatszerűen reagálnak a megfelelő hidroxisav és nitrogén képződése közben.

Érdekes módon az aminosavak észterei hasonló körülmények között nem a megfelelő hidroxisavak észtereivé, hanem a rendkívül reakcióképes αdiazoészterekké alakulnak.

14

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Oxidáció Az élő szervezetekben fontos szerepet játszik az aminosavak oxidálása (dehidrogéneződése) α-iminosavakká, amelyek vizes közegben αketosavakká és ammóniává hidrolizálnak.

A szervezetben ezt az oxidációt enzimek közvetítik, in vitro pedig hidrogén-peroxiddal végezhető.

Karboxilcsoport reakciói Észteresítés Az aminosavak legegyszerűbben a Fischer-féle módszerrel észteresíthetők, melynek során az aminosavészter kristályos hidrokloridját kapjuk.

Reakció ammóniával és hidrazinnal Számított mennyiségű lúggal vagy kálium-karbonáttal hűtött vizes oldatban az aminosavészter sójából a szabad aminocsoportot hordozó észter fel is szabadítható, melyből ammóniával aminosavamidok, hidrazinnal pedig aminosavhidrazidok állíthatók elő.

15


Preparatív szempontból különösen az aminocsoportjukon védett (pl. acilezett) aminosavak észtereiből elkészíthető hidrazidok értékesek. Ε vegyületekből enyhe körülmények között salétromossavval jó hozammal kristályos azidok képződnek, melyek a peptidszintézisekben nyernek alkalmazást.

Reakció foszfor-pentakloriddal Peptidkémiai jelentősége van az aminosavból foszfor-pentakloriddal nyerhető savkloridoknak is.

A reakcióban keletkező aminosavklorid hidrokloridja a szén-tetrakloridos oldatból kristályosan kiválik, és a levegő nedvességének gondos kizárása mellett szűrhető, tárolható és felhasználható peptidkötés kialakítására.

Amino- és karboxilcsoport együttes reakciói Aminosavak nehézfém-ionokkal [pl. réz(II)-vel] vízben nagyon rosszul oldódó komplex sókat képeznek, melyekből savas közegben kén-hidrogénnel szabadítható fel a megfelelő aminosav.

16


A legelső peptidszintézis Curtius (1888) azon megfigyelésén alapszik, hogy az aminosavészterek alkohol kilépése közben diketopiperazinszármazékokká alakulnak át, melyek híg lúggal vagy savval a megfelelő dipeptiddé hidrolizálhatók.

Szintén a peptidszintéziseknél használják fel az aminosavakból klórhangyasav-metilészterrel szulfuril-klorid jelenlétében nyerhető ún. Leuchs-féle anhidrideket.

A molekulában ily módon kialakított karbonilcsoport egyrészt az aminosav aminocsoportját maszkírozza, másrészt a karbonilcsoport reaktivitását anhidridként fokozza.

17


Peptidek és fehérjék szerkezete A különböző fehérjék sósavas hidrolízise – a korábbiak szerint – húszféle aminosavat eredményez, amelyek a fehérjékben peptidkötéssel (amidkötés) kapcsolódnak össze.

Már említettük, hogy a fehérje vagy polipeptid lánczáró részei balról jobbra haladva az N- és C-terminális aminosavegységek (terminus latin szó, határt, valaminek a végét jelenti). Az aminosavak sorrendjét az N-terminálistól a C-terminális felé haladva aminosavszekvenciának nevezzük. Az N-terminális aminosavat a Sanger-féle módszerrel vagy az Edman-lebontással határozhatjuk meg. A Sanger-féle módszernél a fehérjét vagy a peptidet 2,4-dinitro-fluorbenzollal (Sanger-féle reagens, Nobel-díj, 1958) reagáltatjuk, majd a képződött dinitrofenil-csoporttal (DNP) jelzett vegyületet 6N sósavval 100–120 °C-on melegítve aminosavakká hidrolizáljuk. A hidrolizátumból éteres fázisban átoldódó N-terminális aminosav dinitrofenil-származékát kromatográfiával könnyen azonosíthatjuk.

18


Az Edman-lebontás során a fehérjét vagy a peptidet fenil-izotiocianáttal reagáltatják, majd a keletkezett fenil-tiokarbamid-származékból (PTC-peptid) vizes sósav hatására 5-helyzetben helyettesített feniltiohidantoin (PTH) hasad le, melynek szerkezetmeghatározásával az N-terminális aminosav azonosítható.

19


A lebontás n számú ismétlésével az aminosavak kapcsolódási sorrendje is felderíthető. A C-terminális aminosavrész meghatározása azon alapszik, hogy a peptidet először metanollal észteresítik, majd komplex fémhidriddel (pl. LiAlH4) redukálják és ezt követően savval hidrolizálják.

Ε lépések után a C-terminális aminosavból egy β-aminoalkohol keletkezik, amely a savas hidrolizátumból izolálva könnyen azonosítható.

20

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A C-terminális aminosav lehasítására elterjedten használják a karboxipeptidáz enzimet is, amely csak a C-terminális aminosavat hasítja le az aminosavra jellemző sebességgel. Minthogy a C-terminális aminosav lehasítása után a peptidlánc feldarabolása továbbfolytatódik, így az egymás után megjelenő aminosavakból azok sorrendjére lehet következtetni. A fehérjékben és a peptidekben előforduló cisztein – a peptidkötés kialakítása mellett oldalláncának SH-csoportja révén – diszulfidkötés létesítésére is képes. Ha a molekula csavarodása folytán két ciszteinrészlet egymás közelébe kerül, akkor közöttük oxidációval diszulfidhíd alakulhat ki.

A diszulfidhíd a sósavas hidrolízis hatására nem hasad szét, csak az alaplánc peptidkötései, ezért a két ciszteinrész cisztindihidrokloridként jelenik meg a hidrolizátumban. A peptidek aminosavszekvenciájának, azaz a kovalens kötésekkel összekapcsolt aminosavak sorrendjének (primer szerkezet) meghatározása még nem jelenti a peptidek szerkezetének teljes felderítését. A peptidláncot alkotó aminosavak között ugyanis hidrogénkötések, elektrosztatikus és van der Waals-kölcsönhatások is kialakulhatnak, amelyek többé-kevésbé rögzítik az alkotó aminosavak egymáshoz viszonyított térbeli helyzetét, azaz meghatározzák a peptidlánc konformációját. A hidrogénkötések révén kialakult szerkezetet másodlagos, az egyéb kötések kialakulásával létrejövőt pedig harmadlagos szerkezetnek nevezzük. A legújabb kutatások további rendeződést (negyedleges szerkezetet) mutattak ki a fehérjemolekulákon belül. Megfigyelték azt, hogy az 50000nél nagyobb molekulasúlyú globuláris fehérjék, egyes esetekben reverzibilisen, két vagy több polipeptid láncra, protomerre választhatók szét. A protomereket, amelyek lehetnek azonos összetételűek vagy eltérő szerkezetűek, ugyanazon kötéstípusok tartják össze, mint amelyek a harmadlagos szerkezet kialakításában szerepet játszanak. A polipeptidlánc konformációjának kialakításában nagy szerepet játszanak az amidrészletek konformációs viszonyai is. Ugyanis az amidcsoportban a karbonilszénatom és a nitrogénatom között a konjugáció miatt részleges kettős kötés van, ezért a molekularész a C–N kötés körül nem forog el könnyen, azaz a sík alkatú amidcsoport meglehetősen merev.

21


Ez a jelenség minden egyes aminocsoportra jellemző, ezért a polipeptidlánc térszerkezete a diamidrészletek egymáshoz viszonyított helyzete alapján két energetikailag kedvező elrendeződést, a lepke konformációt és a csavart konformációt veheti fel.

Jóllehet mindkét konformációban minden olyan atom távol kerül egymástól, melyek között van der Waals-kölcsönhatás léphetne fel, mégis energetikailag a csavart konformáció kedvezőbb elrendeződést jelent. A diamidrészletek konformációt befolyásoló szerepe a CO- és az NH-csoportok közötti hidrogénkötések által valósul meg, mégpedig úgy, hogy általuk –1 amidcsoportonként mintegy 40 kJ mol energianyereséghez juthat a molekula. A lepke konformációjú amidrészletek között ezáltal az ún. redőzött réteg (β-konformáció) alakulhat ki (13.2. ábra).

13.2. ábra - A β-redőzött réteg vázlatos szerkezete

Az R-csoportok irányultsága az egyes rétegsíkoktól távolodó, lefelé és felfelé, és így térben távol vannak egymástól. 22

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A diamidrészlet másik kedvező elrendeződésekor (csavart konformáció) az L-konfigurációjú aminosavakból felépülő polipeptidlánc a hidrogénkötések révén jobb csavarodású α-hélix szerkezetet vesz fel (13.3. ábra). Az ábra szerint minden amidcsoport karbonilcsoportjának oxigénatomja a láncban az „utána” következő harmadik amidcsoport NH-csoportjával alkot hidrogénkötést. Az α-hélix tehát öt menet után kerül önmagával tökéletesen azonos helyzetbe, vagyis öt menetenként ismétlődik. Az α-hélixben az R-csoportok a képzeletbeli hengerpalástból tüskeszerűen kifelé mutatnak, és így a van der Waals-kölcsönhatás szempontjából kedvező helyzetben vannak. A polipeptidek és fehérjék molekuláiban tehát az oldalláncok (R-csoportok) befolyásolják azt, hogy a peptidlánc, illetve annak egyes részletei milyen konformációt (α-hélix, β-redőzött réteg vagy rendezetlen szakasz) vesznek fel.

13.3. ábra - Az α-hélix vázlatos szerkezete

Peptidek szintézise A peptidszintézisekben az aminosavak közötti amidkötés kialakítása az ún. oldat- és szilárd fázisú technika segítségével valósítható meg. Az oldatfázisú eljárásoknál az N-terminális aminosav aminocsoportját védőcsoporttal látják el, majd a karboxilcsoportot aktiválják, és végül az így nyert védett és aktivált aminosavat reagáltatják a C-terminális aminosavval. 23


A kapott dipeptid karboxilcsoportjának aktiválását követően a kapcsolás elvileg tetszés szerinti számban megismételhető. A védőfeladatot leggyakrabban benziloxikarbonil (Cbz)- vagy terc-butoxikarbonil (Boc)-vagy (9-fluorenilmetiloxi)-karbonil (Fmoc)-csoport látja el, mivel ezek eltávolítása racemizáció veszélye nélkül enyhe körülmények között elvégezhető.

24

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A karboxilcsoport aktiválása savklorid-, savazid-, aktív észter- és vegyes anhidridcsoporttá történő átalakításuk útján érhető el. Aminocsoportjukon védett (pl. Cbz- vagy Boc-csoporttal) aminosavak diciklohexil-karbodiimid (DCC) jelenlétében közvetlenül is kapcsolhatók aminosavészterekkel (pl. benzilészterrel).

A reakció első lépésében az aminocsoportján védett aminosav a DCC-vel reagálva a megfelelő O-acilezett izokarbamidszármazékká alakul, amely a karbonilcsoportján kialakuló csökkent elektronsűrűség miatt készségesen reagál az aminosavészter aminocsoportjával. Az észtercsoportnak karboxilcsoporttá történő alakítása (pl. kat./H2) után a kapcsolás további aminocsoportján védett dipeptiddel megismételhető. A DCC-t használják a peptidkötés kialakítására a Merrifield (Nobel-díj, 1984) által kidolgozott szilárd fázisú peptidszintézis során is. Ε módszernél a C-terminális aminosavat olyan divinilbenzollal térhálósított polisztirol polimerhez kötik, amelynek körülbelül minden századik fenilcsoportja klórmetilcsoportot tartalmaz. Az így rögzített aminosavhoz DCC-vel, aminocsoportján Boc- vagy Fmoc-csoporttal védett aminosavat kapcsolnak. A kapcsolási lépés a polimerhez kötött peptiden a védőcsoport eltávolítása után megismételhető.

25


A módszer előnye, hogy a szennyezések és melléktermékek a polimerből könnyen kimoshatok és az eljárás automatizálható. A szintézis utolsó lépéseként a peptid a polimerről vízmentes hidrogén-fluoriddal hasítható le. Nagyszámú peptidkeverék gyors előállítását a Merrified-féle szilárd fázisú módszeren alapuló ún. osztásos-keveréses (portioning-mixing) eljárás (Furka, 1988) teszi lehetővé. A módszer azon az elven alapszik, hogy klórmetilezett finomszemcsés hordozót annyi egyenlő adaggá mérnek szét, ahányféle aminosavat beépíteni szándékoznak a kérdéses kapcsolási pozícióba (ha mind a 20-féle fehérjealkotó aminosavat felhasználják, az adagok száma 20). Ezután minden adag hordozóhoz más-más N-védett aminosavat kapcsolnak (13.4. ábra), majd a kapcsolás és a védőcsoport eltávolítása után a hordozókat alaposan összekeverik, és az így nyert keveréket ismételten a kívánt számú adagra mérik szét. Ezt a műveletet mindaddig folytatják, míg a peptidek el nem érik a kívánt tagszámot. Abban az esetben, ha építőelemként mind a 20 fehérjealkotó aminosavat felhasználják, n akkor az adott (n) tagszámú peptidek lehetséges száma (N) az N = 20 képlet alapján könnyen kiszámítható. A ciklusok végén minden egyes reakcióedényben a kapott peptidkeveréket peptidtárnak (angolul: peptide library) nevezik, melyekben a komponensek azonos mólarányban vannak jelen.

26


13.4. ábra - Osztásos-keveréses dipeptidszintézis folyamatábrája, ahol G = glicin, A = alanin, V = valin

10

Az így létrehozható peptidtárak (pl. n = 8, peptidszám = 2,56 × 10 , ciklusszám = 160, idő = 8 nap) jelentősége abban áll, hogy új gyógyszerek kutatásához hatékony vegyületforrásként szolgálnak. Gyógyszeripari szempontból ugyanis minden peptidet, amíg az ellenkezőjéről meg nem győződnek, hatásos vegyületnek kell feltételezni. 27


Szénhidrátok Szénhidrátok előfordulása és csoportosítása A szénhidrátok természetben való széles körű elterjedtsége szorosan kapcsolódik a növényvilághoz, mivel a növényi sejtek a Nap sugárzó energiájának felhasználásával – a fotoszintézis útján – szén-dioxidból és vízből szénhidrátokat építenek fel (13.1. ábra). Nem meglepő ezért, hogy a Földünkön legnagyobb mennyiségben előforduló szénvegyület, a növényi rostok alapanyagát alkotó cellulóz is e vegyületcsaládba tartozik. A cellulóz szerkezetét tekintve szőlőcukorrészletekből felépülő biopolimer, s ennek megfelelően molekulái erős savval melegítve szőlőcukorrá (glükózzá, C6H12O6) hidrolizálnak. Szintén régen ismert a szőlőcukorral izomer gyümölcscukor (fruktóz, C6H12O6), valamint a cukornádból (Saccharum officinarum) vagy a cukorrépából (Beta vulgaris) kinyerhető nád- vagy répacukor, a szacharóz (C12H22O11) is. Ε vegyületek formailag a szén hidrátjainak is tekinthetők és elemi összetételük a Cn(H20)m általános összegképlettel adható meg, melyben n és m azonos vagy különböző egész számokat jelentenek. A vegyületcsalád neve is összegképlete alapján magyarázható. Régebben ugyanis azt gondolták, hogy ezek az anyagok a szénnek vízzel alkotott vegyületei, azaz a szén „hidrátjai”. Ez az elnevezés azonban nem szabatos, mivel ismeretesek olyan természetes vegyületek is (pl. a tejsav: C3H6O3), melyek kémiai viselkedése különbözik a cukrokétól, noha összegképletük alapján szintén a szén „hidrátjai”. Továbbá vannak olyan fontos természetes eredetű cukrok is (pl. dezoxicukrok), melyek összegképlete eltér a fenti általános formulától. A szénhidrátok szerkezetkutatása elvezetett ahhoz a felismeréshez, hogy a szénhidrát-molekulák polihidroxi-oxovegyületek, azaz az α-hidroxioxovegyületekre jellemző szerkezeti részeket tartalmazzák. Felépítésükből fakadó sajátságaik e vegyületcsaládot két nagy csoportra osztják fel. Az első csoportba tartoznak az egyszerű szénhidrátok (röviden cukrok) vagy monoszacharidok. Ε vegyületekre jellemző, hogy savas hidrolízissel már nem bonthatók kisebb molekulatömegű szénhidrátokra. A második csoportot az összetett szénhidrátok képezik. Jellemzőjük, hogy savas hidrolízissel egyszerű cukrokká bonthatók. Az összetett szénhidrátok egy részének fizikai és kémiai tulajdonságai még nagyon hasonlítanak a monoszacharidokéra. Ezeket oligoszacharidoknak nevezzük. Az összetett szénhidrátok másik csoportját, melyek tulajdonságai számottevően eltérnek a mono- és oligoszacharidokétól, poliszacharidoknak hívjuk.

Monoszacharidok Monoszacharidok csoportosítása és fizikai tulajdonságai A monoszacharidok mint α-hidroxi-oxovegyületek az oxocsoport jellege szerint aldózokra és ketózokra oszthatók fel, melyek külön-külön tovább csoportosíthatók szénatomszámuk szerint (13.3. táblázat).

13.3. táblázat - Monoszacharidok felosztása ALDÓZOK 28


Név

Szerkezet

Sztereo Összegképlet izomerek száma

aldotrióz

C3H6O3

2

aldotetróz

C4H8O4

4

aldopentóz

C5H10O5

8

aldohexóz

C6H12O6

16

KETÓZOK Név

Szerkezet

SztereóÖsszegképlet izomerek száma

ketotrióz

C3H6O3

–

ketotetróz

C4H8O4

2

ketopentóz

C5H10O5

4

ketohexóz

C6H12O6

8

29

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Az azonos összegképletű aldózok és ketózok egymás izomerjei. Általános összegképletük (CH2O)n alakban is felírható. Minthogy n = 1 esetén a képlet a formaldehidnek, n = 2 esetén pedig a glikolaldehidnek felel meg, formai meggondolások alapján a formaldehidet tekinthetjük elemi építőegységnek, aminek azonban kémiai alapja is van. Már Butlerov (1861) is rámutatott, hogy formaldehidből megfelelő körülmények között cukorszerű termékek képződnek. Mai szintetikus ismereteink szerint elméletileg formaldehidből szénhidrát nyerhető. A 13.3. táblázatban összefoglalt aldózok és ketózok neve gyűjtőnév. Ugyanis a ketotrióz (1,3-dihidroxiaceton) kivételével minden cukorban legalább egy szénatom kiralitáscentrum, a lehetséges sztereoizomerek mind ismertek, és legtöbbjüknek triviális neve van. Az enantiomerpárok tagjainak megkülönböztetésére a d- és l-konfigurációs indexet használjuk, amely az oxocsoporttól legtávolabb lévő kiralitáscentrumnak a glicerinaldehidre vonatkoztatott konfigurációját jelöli, és független az adott cukor forgatóképességének irányától. Utalnunk kell arra is, hogy a gyűrű-lánc tautoméria miatt a sztereoizomerek száma ténylegesen nagyobb a 13.3. táblázatban megadottaknál, mindezekkel részletesebben a cukrok szerkezetének tárgyalásánál foglalkozunk. A monoszacharidok színtelen, kristályos vegyületek. Legtöbbjük édes ízű. Vízben kitűnően oldódnak és könnyen képeznek túltelített oldatot, melyből csak igen lassan kristályosodnak ki. Piridinben általában eléggé jól, alkoholban rosszul, éterben, valamint hexánban nem oldódnak. A természetes monoszacharidok optikailag aktív vegyületek.

Monoszacharidok szerkezete A cukrok szerkezetének, konfigurációjának jelölésére a szakirodalom különböző írásmódokat használ. Az ismertebb és az általunk is használt jelölés szerint a királis szénatomok mindegyikét szubsztituenseikkel együtt feltüntetik (A). Szokás azonban az is, hogy a hidrogénszubsztituenst csupán egy vonallal jelölik és csak a hidroxilcsoportokat írják ki (B). Végül az a jelölésmód is elterjedt, hogy a hidrogénatomokat egyáltalán nem jelzik és a hidroxilcsoportokat vonal szimbolizálja (C). Az utóbbi két esetben a szénlánc a Fischer-féle projekció alapján függőleges vonal, s a szénatomok metszéspontjában a szénatomok helyezkednek el.

Az epimer cukrok egy szénatom konfigurációjában különböznek egymástól. Így például a d-glükóz C-2 epimerje a d-mannóz és a C-4 epimerje pedig a d-galaktóz. 30


A fenti módon felrajzolt képletből közvetlenül kiolvasható, hogy a szóban forgó cukor a d- vagy az l-sorba tartozik. Azt kell mindössze megvizsgálnunk, hogy az oxocsoporttól legtávolabb lévő kiralitáscentrumon a hidroxilcsoport a jobb (d-sor) vagy a bal oldalon (l-sor) helyezkedik el. A kémiai korreláció ténylegesen pedig úgy végezhető el, hogy a vizsgálandó monoszacharidot ún. láncrövidítő lebontással a konfigurációjától függően d(+)- vagy l(–)glicerinaldehiddé alakítjuk át.

Cukrok mutarotációja A monoszacharidok kristályosításuktól függően kétféle módosulatban léteznek. Ha például D-glükózból tömény vizes oldatot készítünk, az oldatból ecetsav hozzáadására egy fajlagos forgatóképességű izomer (α-anomer) kristályosodik ki. Ezt a terméket vízben oldva és az oldatot rövid ideig tárolva a forgatóképesség csökken és végül +52,7 egyensúlyi értéket vesz fel. Ha viszont a tömény vizes oldatból alkohol hozzáadására kivált kristályos d-glükóz (β-anomer) forgatóképességét mérjük meg, akkor közvetlenül a vizes oldat elkészítésekor az fajlagos forgatóképességet tapasztalunk, mely érték az oldat állásakor állandóan nő, és ez esetben is az

31

értéknél állapodik meg.

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A jelenség (mutarotáció) azzal magyarázható, hogy a kristályos d-glükózban nem szabad, hanem ún. rejtett formilcsoport van, azaz a C-4 és C-5 helyzetű alkoholos hidroxil-csoportok kedvező térhelyzete miatt ciklofélacetál szerkezet (laktolgyűrű) alakul ki. A laktolgyűrű öttagú (furanóz) vagy hattagú (piranóz) lehet. A nyílt és gyűrűs forma tautomer elegyében a ciklofélacetál forma a meghatározó.

A laktolgyűrű kialakulásakor a C-l (ketozóknál C-2) szénatom is kiralitáscentrummá válik és az így fellépő két epimert a cukrok körében anomereknek nevezzük, és α-, illetve β-jelzéssel különböztetjük meg egymástól. A mutarotáció jelensége úgy értelmezhető, hogy akármelyik anomerből is indulunk ki, oldatban a ciklofélacetál gyűrű felnyílik és a nyílt láncú alakon keresztül a piranóz és furanóz enantiomerek egymásba átalakulnak adott egyensúlyi állapot eléréséig. A mutarotáció jelensége nemcsak a d-glükóz oldatára jellemző, hanem minden más egyszerű szénhidrátéra is. A fentiek során a gyűrűs formák (piranóz vagy furanóz) térszerkezetének ábrázolásakor a Haworth–Böeseken-féle perspektivikus képleteket használtuk és a β-anomert úgy jelöltük, hogy a C-l szénatomhoz kapcsolódó hidroxilcsoport (az ún. glükozidos hidroxilcsoport) a gyűrű síkja felett, az α-anomer pedig a gyűrű síkja alatt helyezkedik el. A szénhidrátoknak ez az ábrázolása jóllehet a piranóz-furanóz származékok relatív konfigurációjáról helyes képet ad, de a gyűrű tényleges konformációjáról nem ad felvilágosítást. Minthogy e vegyületekben a C–O–C kötésszög és kötéstávolság csak kissé tér el a C–C–C fragmensétől, ezért konformációs sajátságaik hasonlóak a ciklohexánéhoz, illetve a ciklopentánéhoz. Ezért a piranózok téralkata székalkatú, a két lehetséges székkonformer energiatartalma azonban nem azonos. Így például a D-glükopiranóz β-anomerje kizárólag a 4 C1 szimbólummal (a felső és alsó index a C-l és C-4 szénatomok relatív helyzetére utal) jelzett székkonformációban fordul elő, mivel ebben a nagy térkitöltésű hidroximetil- és valamennyi hidroxilcsoport az energetikailag kedvező ekvatoriális helyzetben van.

32


1

A másik székkonformáció (4C ) nem létképes, mivel ez esetben a nevezett csoportok mindegyike axiális helyzetbe kerülne, és az így fellépő 4

1,3-diaxiális kölcsönhatások a molekula számottevő energianövekedését eredményeznék. Az α-anomer esetében is a C1 konformáció a kedvezményezett, jóllehet ilyenkor a glikozidos hidroxilcsoport már nem ekvatoriális, hanem axiális állású.

4

A C1 konformációban a glikozidos hidroxilcsoport és a C-3, valamint a C-5 szénatomokhoz kapcsolódó hidrogénatomok közelsége (vagyis az 1,3diaxiális kölcsönhatás) a molekula energiatartamát növeli. Az energiatartam növekedését az ún. anomer effektus mint energianyereség viszont ellensúlyozza. Az anomer effektus ugyanis azt jelenti, hogy a gyűrű oxigénatomjának axiális térhelyzetű nemkötő elektronpárja (mint HOMO-pálya) kölcsönhatásba lép a vele azonos síkban lévő glikozidos hidroxilcsoport szén-oxigén kötésének lazítópályájával (mint LUMΟ-pályával). A megfelelő előjelű pályarészek átlapolása jelentős energianyereséggel jár (13.5. ábra).

33


13.5. ábra - HOMO-LUMO kölcsönhatás

4

A „merev” Cj1–konformáció a fenti okok miatt nemcsak a d-glükóz esetében kedvezményezett, hanem a d-altróz és d-idóz kivételével a dhexapiranózokra általában jellemző, mivel e vegyületek a d-glükóz epimerjei. Közölük a szőlőcukor a legstabilisabb monoszacharid, miként ezt a βd-mannóz vagy a β-d-galaktóz térszerkezetével történő összehasonlítás is tükrözi.

Minthogy a természet a stabilitás szerint válogat, így érthető, hogy a d-glükóz után a d-mannóz és a d-galaktóz a legelterjedtebb cukor a természetben. A pentózok (ribóz, arabinóz, xilóz, lixóz) esetében érdekes módon a nyílt láncú formából a gyűrűzáródás során nem a piranóz, hanem a furanóz gyűrű alakul ki. Természetesen a nyílt láncú formára ez esetben is – éppúgy, mint a hexózoknál – a polihidroxi-alkillánc zegzugos konformációja jellemző, amit csak az 1,3-helyzetű hidroxilcsoportok fedő állású konformációja módosíthat.

34


Monoszacharidok kémiai tulajdonságai A monoszacharidok egyrészt az oxo-, illetve rejtett oxocsoport, másrészt a különböző hidroxilcsoportok reakcióit mutatják.

Oxocsoport reakciói Oxidatív átalakulások A monoszacharidok könnyen oxidálható vegyületek. Különösen igaz ez az aldozókra, melyek enyhe oxidatív behatásra (pl. Br2/H2O, pH=5) aldonsavakká alakíthatók át. Minthogy az oxidáció az aldozóknak nem a nyílt láncú, hanem a gyűrűs formáján játszódik le, így a reakció primer terméke a megfelelő aldonsav δ-laktonja, amely oldatban hármas egyensúly (aldonsav, γ- és δ-lakton) tagjaként van jelen. A reakciókörülményektől függően az egyensúlyi termékek bármelyikét izolálhatjuk.

35


A ketózok csak erélyesebb körülmények között oxidálhatók, és ilyenkor láncszakadás folytán kisebb szénatomszámú polihidroxi-karbonsavak keletkeznek. Az aldózok erélyesebb oxidációja során, nemcsak az aldehidcsoport oxidálódik karboxilcsoporttá, hanem a láncvégi hidroximetil is és így aldársavak nyerhetők.

Az aldársavak az aldonsavakhoz hasonlóan hajlamosak a lakton képzésre, sőt egyeseknél (pl. d-glükársav, d-mannársav) mindkét karboxilcsoport laktonná zárulhat, tehát dilaktonok is képződhetnek.

36


Biológiai szempontból nagy jelentőségűek az uronsavak, melyek közbülső oxidációs termékek az aldonsavak és aldársavak között. Előállításuk a cukorsav-monolaktonok savanyú közegben nátriumamalgámmal végzett redukciójával történhet.

Az uronsavak, éppúgy mint az aldózok mutarotáló laktolgyűrűs vegyületek és ezért reakciókészségük a cukrokéval analóg. A glükuronsav foszforilált alakban a szénhidrát-anyagcsere intermedierjeként fontos szerepet tölt be a szervezetünkben. A szervezet számára káros hidroxiltartalmú vegyületekkel ugyanis glikozidokat képez, növeli oldékonyságukat és elősegíti vizelettel való kiürülésüket (méregtelenítés). A glikozilezést a májban lévő uridin-difoszfát(UDP)-glükoronát transzferáz enzim katalizálja.

37


Az UDP-glükuronsavból enzimatikus hidrolízissel szabad glükuronsav is keletkezik, amely a C-vitamin (l-aszkorbinsav) szintézisének prekurzora növényekben és állatokban (kivétel: ember, majmok és tengerimalac). A glükuronsav először l-gulonsavvá redukálódik, majd laktonáz enzim hatására l-gulonolaktonná alakul, és végül l-aszkorbinsavvá oxidálódik.

Az aszkorbinsav erősen redukáló hatású. A táplálékban lévő mennyiségét a főzés jelentékenyen csökkenti. Az ember számára a minimális igény 20 mg naponként, de a normális funkciók biztosítására ennél jóval nagyobb mennyiség (50-100 mg) szükséges. Reduktív átalakulások Az aldózok nátrium-tetrahidroboráttal vagy katalitikusan aktivált hidrogénnel cukoralkoholokká, alditokká redukálhatók. A d-glükóz d-szorbittá történő redukciója iparilag is jelentős, mivel ez a vegyület a C-vitamin szintézisének kiindulási anyaga is. 38


Ketózokból redukcióval a megfelelő epimer alkoholok keveréke keletkezik, így a d-fruktóz esetében a d-mannit és a d-glucit.

Kondenzációs reakciók A monoszacharidok (aldózok vagy ketózok) oxoreagensekkel (így pl- fenil-hidrazinnal, hidroxil-aminnal, szemikarbaziddal stb.) az oxovegyületekkel analóg, de a laktolgyűrűs szerkezetük következtében kissé eltérő módon reagálnak. 39

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Reakciók fenil-hidrazinnal. Monoszaharidok gyengén savanyú oldatban mólekvivalens fenil-hidrazinnal fenil-hidrazont képeznek.

Fenilhidrazin feleslege esetén viszont intenzív sárga színű, jól kristályosodó és vizes oldatból könnyen leválasztható vegyületek az oszazonok keletkeznek, melyek a cukrok azonosítására alkalmasak. Képződésük hidrazonképzést, oxidációt és ismételt hidrazonképzést foglal magában.

Az oszazonokban a 2. szénatom már nem kiralitáscentrum. Ebből következik, hogy mindazon hexózok, melyekben a 3., 4. és 5. kiralitáscentrum konfigurációja megegyező, azonos oszazont adnak. Így kémiai korrelációval is bizonyítható, hogy a d-glükóz, d-mannóz és a d-fruktóz 3., 4. és 5. aszimmetriacentrumának abszolút konfigurációja azonos. Reakció tiolokkal. Az áldozókból hideg tömény sósavas oldatban tiolokkal jól kristályosodó termékek, mégpedig a megfelelő ditioacetálok képződnek. 40


A ditioacetálok számos szintézis fontos kulcsvegyületei, mivel az oxocsoport Hg(II)-sókkal könnyen regenerálható. A reakció első lépésében tioglikozid keletkezik, ami alkalmas glikozidok előállítására is.

Hidroxilcsoportok reakciói A monoszacharidoknak három, különböző helyzetű hidroxilcsoportjuk van. Ezek a következők: glikozidos, primer, valamint szekunder hidroxilcsoport. Reakciókészségük a felsorolásnak megfelelő sorrendben csökken. Észterképzés A monoszacharidok savanhidridekkel vagy savkloridokkal észtereket képeznek. Így például a d-glükózból ecetsavanhidriddel vízmentes nátriumacetát jelenlétében acetilezéssel penta-O-acetil-β-d-glükopiranózt kapunk, míg a ZnCl2-dal katalizált reakcióban az α-anomer keletkezik.

41


Szintetikus jelentőségük a peracetilezett cukrokból nyerhető glükozil-halogenideknek van, melyek O-, S-, N- vagy C-nukleofilekkel a megfelelő glikozidokká alakíthatók. A cukoracetátok átalakítása történhet jégecetes hidrogén-bromiddal hidegen. Az anomereffektus miatt a C-l szénatomon lejátszódó SN típusú átalakulás mindkét pentaacetát-anomerből α-brómszármazékot eredményez. Az acetilcsoportnak mint védőcsoportnak az eltávolítása a Zemplén-féle dezacetilezéssel történhet.

42

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A vízmentes metilalkoholban katalitikus mennyiségű nátrium-metiláttal gyors átészterezési reakció játszódik le és a metilalkoholból a metoxidion újra képződik. A benzoilszármazékokat benzoil-kloriddal piridinben állítják elő, és eltávolításukra ammonolízist alkalmaznak. A p-toluol- vagy metán-szulfonsav-észtereket (tozil- és mezilésztereket) nem védőcsoportként, hanem új származékok előállítására lehet sokoldalúan felhasználni. Ezek ugyanis kitűnő távozócsoportok és nukleofil reagensekkel többnyire SN2 mechanizmus szerint inverzióval kicserélhetők.

Ha a szomszédos szénatomon transz-helyzetű szabad hidroxilcsoport van, akkor a bázis hatására SNi reakcióban epoxid képződik, amely változatos módon alakítható tovább.

A szulfonsavészterek lehetőséget adnak dezoxicukrok előállítására is.

A reakció két úton is megvalósítható. Egyik lehetőség szerint a szulfonsavésztert lítium-tetrahidridoalumináttal közvetlenül redukálják. A másik esetben pedig az észtercsoportot jódatommal kicserélik, majd helyére reduktív dehalogénezéssel hidrogénatomot visznek be. Éterképzés A cukrok hidroxilcsoportjai éteresíthetők. A kísérleti körülményektől függően az egyes hidroxilcsoportok éteresítése szelektíven is megvalósítható. 43

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK O-glikozidok nyerhetők a glikozidos hidroxilcsoport hidrogénjének alkil- vagy arilcsoporttal történő helyettesítésével. Előállításukkal jelentőségüknél fogva még részletesebben foglalkozunk. Cukor-metil-étereket kapunk O-glikozidokból kiindulva, például dimetil-szulfáttal lúgos oldatban.

A reakciónak – miként a képlet mutatja – a cukrok laktolgyűrű tagszámának kémiai korrelációval történő meghatározásnál van jelentősége. Napjainkban a kémiai korreláció helyett inkább e származékok gázkromatográfiás elválasztásukat követő tömegspektrometriás (GC-MS) vizsgálatából következtetnek a cukrok szerkezetére. A primer hidroxilcsoport szelektív éteresítése például a nagy térigényű tritil-kloriddal trietil-amin mint bázis jelenlétében valósítható meg.

A primer hidroxilcsoport éteresítése többnyire szintetikus célú védőcsoport bevitelét szolgálja. Azért alkalmaznak tritilétereket erre a célra, mert az így kialakított védőcsoport híg savval vagy katalitikus hidrogénezéssel könnyen hasítható.

44

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Ugyancsak katalitikus hidrogénezéssel távolíthatók el a benzil- és a p-metoxibenzil védőcsoportok is, bár az utóbbi esetben az éterkötés hasítása cerium(IV)-ammónium-nitráttal (CAN) végzett enyhe oxidációval is könnyen megvalósítható. A védőcsoportokat vízmentes dimetilformamidban kálium-karbonát jelenlétében végzett egyszerű alkilezéssel kapcsolhatjuk a hidroxilcsoportok oxigénatomjaihoz.

Gyűrűs acetálok képzése Vicinális cisz-helyzetű hidroxilcsoportot tartalmazó cukrokból acetonnal savkatalizált reakcióban gyűrűs izopropilidénszármazékok, ún. acetonidok állíthatók elő. Ha megfelelő számú és térhelyzetű hidroxilcsoport van jelen a molekulában, akkor nemcsak mono-, hanem diizopropilidénszármazék is képződik. Így például, d-glükózból furanóz formán keresztül 1,2:5,6-di-O-izopropilidén-α- d-glükofuranóz (diacetonid) keletkezik.

Ε reakciót a cukrok hidroxilcsoportjainak átmeneti védésére használják. Az acetonidok lúgos közegben stabilak, vizes savas közegben könnyen bomlanak. Például, a d-glükózból nyert diacetonidból az exociklusos helyzetű 1,3-dioxolángyűrű 50%-os ecetsavval szelektíven hasítható. Benzaldehiddel vízmentes ZnCl2-katalizátor jelenlétében az 1,3-helyzetű hidroxilcsoportok acetálcsoporttá alakulnak. 45


A benzilidénacetálok savra érzékenyebbek az izopropilidénszármazékoknál. Reduktív (LiAlH4/AlCl3) és oxidatív (NBS) gyűrűnyitásuknak az oligoszacharid-szintézisekhez szükséges részlegesen védett cukorszármazékok előállításában, illetve dezoxi- és dezoxi-aminocukrok szintézisében van jelentősége. Eltávolításuk pedig híg savas kezeléssel vagy katalitikus hidrogénezéssel történhet. Glikozidok előállítása A cukrok hidroxilcsoportjai közül az anomer centrumhoz (aldózoknál a C-l, ketózoknál C-2) kapcsolódónak – mint arra az éterképzés tárgyalása során már rámutattunk – fokozott a reakciókészsége. Ez a tulajdonság a cukrok ciklofélacetál szerkezetével van összefüggésben. Ha a cukrokat az acetálok előállítására alkalmas módszer szerint hidrogén-kloridot tartalmazó alkohollal melegítjük, akkor csak az acetálos hidroxilcsoport lép reakcióba és gyűrűs szerkezetű vegyes acetál, az ún. glikozid keletkezik. Ezért nevezik a C-l szénatomhoz kapcsolódó hidroxilcsoportot glikozidos hidroxilcsoportnak. A glikozid gyűjtőnév, az egyes cukrokból levezethető glikozidok úgy nevesíthetők, hogy a cukor nevéhez az id végződést fűzzük, feltüntetve a laktolgyűrű tagszámát (furanóz vagy piranóz), valamint az anomer centrum konfigurációját (α vagy β), és megnevezzük a molekulában a „nem cukor” részt (aglikont) is. 46


A glikozidok acetál jellegű vegyületek, és ezért éterkötésük lúggal szemben állandó, de már híg ásványi savval hidrolitikusan bontható. A hidrolízis enzimekkel is megvalósítható. Az élesztőből izolálható α-glikozidáz enzim az α-, a mandulából nyerhető β-glikozidáz pedig a β-glikozidos kötéseket hasítja.

A reakció megfordítható, és mint minden egyensúlyi folyamatra, erre a reakcióra is érvényes a tömeghatás törvénye, azaz a cukor, illetve az aglikon koncentrációjának megfelelő megválasztásával az egyensúly az alsó nyíl irányába eltolható. A növényvilágban igen elterjedt glikozidok is ilyen módon keletkeznek. A glikozidok szintézise sztereokontrollált módon jó hozammal az acetilezett glikozil-halogenidekből Koenigs–Knorr-féle szintézissel oldható meg. Ε módszer szerint a reakcióképes acetilezett α-glikozil-bromidokat benzolos, kloroformos vagy éteres oldatban a megfelelő aglikonnal reagáltatják, és a felszabaduló hidrogén-bromidot ezüst-oxiddal vagy karbonáttal, illetve kinolinnal kötik meg.

47

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A felírt reakció első lépésében SN1 mechanizmus szerint a megfelelő glikozil-kation keletkezik, amely a szomszédos szénatom cisz-helyzetű acetoxicsoportjával reagálva (szomszédcsoport részvétellel) stabilizálódik. Ennek megfelelően a belépő aglikon nukleofil centrumával csak az ellenkező térfélről (β-oldal) támadhat, és így β-glikozidos kötés épül ki. Ε módszerrel nemcsak O-glikozidok (alkil és arilglikozidok), hanem S-, N- és Cglikozidok is előállíthatók. A kapcsolási reakcióban a megfelelő β-d-glikozid peracetilszármazéka keletkezik, melyből a Zemplén-féle dezacetilezéssel könnyen felszabadítható a glikozid. A glikozidok előállításához glikozildonorként az α-glikozil-halogenidek mellett számos más glikozilszármazékot (pl. tioglikozidokat, triklóracetimidátokat, ortoésztereket stb.) is széles körben alkalmazzák.

Ε vegyületekből a megfelelő promotort [N-jódszukcinimid/trifluormetánszulfonsavat (NIS-TfOH), trimetilszilil-trifluormetánszulfonátot (TMSOTf)] vízmentes diklórmetánban alkalmazva jó termeléssel O-glikozidok nyerhetők. A glikozidok rendkívüli jelentőséggel bírnak, mivel a növényvilágban igen elterjedtek. Cukorrészük nemcsak monoszacharid lehet, hanem bizonyos típusú redukáló oligoszacharidok, mégpedig dezoxicukrok és aminocukrok is. A dezoxicukrok olyan monoszacharidok, amelyekben egy vagy több alkoholos hidroxilcsoportot hidrogénatom helyettesíti. Számos képviselőjük, így például az l-ramnóz és 2-dezoxi-d-ribóz a természetben is megtalálható.

48


A 2-dezoxi-d-ribóz a DNS felépítésében résztvevő nukleozidok cukorkomponense. Az aminocukrok olyan cukorszármazékok, amelyekben egy alkoholos hidroxilcsoportot aminocsoport helyettesít. A szabatos gyűjtőnevük: dezoxi-aminocukrok. Legismertebb képviselőjük a 2-amino-2-dezoxi-dglükóz (d-glükózamin vagy kitózamin) és a 2-amino-2-dezoxi-d-galaktóz (d-galaktózamin, kondrózamin), melyek egyes állati vagy bakteriális eredetű poliszacharidok hidrolízistermékei.

A d-galaktózamin a kitin, a heparin és a vércsoport poliszacharidok építőköve. A d-galaktózamin a kondroitin-szulfát és ugyancsak a vércsoport poliszacharidok komponense.

Oligoszacharidok Az oligoszacharidok 2-10 monoszacharidból felépülő olyan glikozid típusú vegyületek, amelyekben az aglikonrész is cukor. Ε vegyületek savas hidrolízisekor egyszerű cukrokká vagy cukorszármazékokká (pl. uronsavvá, aminocukorrá) esnek szét. Az oligoszacharidok csoportosítása a molekulájukat felépítő monoszacharidok száma (n) szerint történik és így biozokról vagy diszacharidokról (n = 2), triozokról vagy triszacharidokról (n = 3), stb. beszélhetünk. Legnagyobb jelentőségük a diszacharidoknak van.

Diszacharidok A diszacharidok két molekula monoszacharidból egy molekula víz kilépésével levezethető vegyületek. A két monoszacharid között a kapcsolat kialakulhat a két glikozidos hidroxilcsoport részvételével, vagy egyik monoszacharid glikozidos és a másik komponens valamely alkoholos hidroxilcsoportjának kondenzációjával. Az előbbi esetben a diszacharidokban szabad glikozidos hidroxilcsoport nincs és ennek következtében a Fehling-oldatot nem redukálják, ezért ezeket nemredukáló diszacharidoknak nevezzük. A diszacharidok másik csoportja szabad glikozidos hidroxilcsoporttal rendelkezik, ennek következtében a Fehling-oldatot redukálják és ezért ezeket redukáló diszacharidoknak nevezzük. 49

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A legjelentősebb nemredukáló diszacharid a szacharóz (répa- vagy nádcukor). A szacharóz híg ásványi sav hatására könnyen hidrolizál, miközben szétesik ekvimoláris mennyiségű d-glükózra és d-fruktózra. A hidrolízis során az oldat jobbra forgatása

folyamatosan csökken, eléri a 0

értéket, majd az oldat balra forgatóvá válik. A forgatóképesség előjelének megváltozása miatt a szacharóz hidrolízisét invertálásnak, a hidrolízissel keletkező d-glükóz és d-fruktóz 1:1 arányú elegyét pedig invertcukornak nevezzük.

A szacharózt mind az α-glükozidázok, mind pedig a β-d-fruktofuranidáz enzimek hasítják, ezért a glükózrész glikozidos szénatomjának α-, a fruktofuranozidénak pedig β-konfigurációja van. Számos élőlény, így például a méhek olyan enzimet választanak ki, ami katalizálja a szacharóz hidrolízisét. Ez az enzim, az ún. invertáz. A méz szacharóz, d-glükóz és d-fruktóz elegye, amelyből hosszabb állás után az invertáz hidrolizáló hatására feldúsuló d-glükóz kikristályosodik.

Maltóz, cellobióz és laktóz A redukáló diszacharidok közül a maltóznak (malátacukor), a cellobióznak és a laktóznak (tejcukor) van gyakorlati jelentősége. A maltóz [4-O-(α-d-glükopiranozil)-d-glükóz] a keményítő és a glikogén alkotórésze. A természetben szabad állapotban mindig olyan növényi részekben jelenik meg, amelyekben a keményítő enzimes hidrolízise játszódik le (pl. burgonyacsírában, zöld levelekben stb.). Előállítása is a keményítő enzimes hidrolízisével történik. A maltóz két glükózegységet tartalmaz, mégpedig piranóz formában, és a glikozil komponens α-glikozidos kötéssel kapcsolódik a másik d-glükóz (aglikon) C-4-es oxigénatomjához.

50

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A fentiekből következik, hogy a maltóz savas hidrolízisénél csak d-glükóz képződik. Mindkét anomerje (α és β) ismeretes, ezek mutarotálnak és redukáló sajátságúak. A cellobióz [4-O-(β-d-glükopiranozil)-d-glükóz] a természetben legelterjedtebb szénvegyületnek, a cellulóznak az építőköve; innen származik a neve is. Cellulózból részleges hidrolízissel vagy célszerűbben acetolízissel (Ac2O/H2SO4) oktaacetátjaként állítható elő, melyből a Zemplén-féle dezacetilezéssel igen tiszta cellobióz nyerhető. Savas hidrolízisekor hasonlóan a maltózhoz, kizárólag d-glükóz képződik, ugyanakkor ellentétben a maltózzal a β-glikozidáz enzim bontja. Ε két vegyület szerkezete a glikozidkötés β-konfigurációját kivéve azonos.

Természetben szabad formában nem fordul elő. Kémiai tulajdonságai a maltózéval azonosak, de eltérően a maltóztól csak a β-anomerje ismeretes. A laktóz [4-O-(β-d-galaktopiranozil)-d-glükóz] az emlősök tejének cukorkomponense; az anyatej 5-8% laktózt (tejcukrot) tartalmaz. Legkönnyebben a tejsavó vákuumbepárlásával nyerhető. Vízből kristályosítható. Hidrolízisekor d-glükóz és d-galaktóz képződik és a β-galaktozidáz enzim is hidrolizálja. Szerkezetileg a cellobiózzal rokon: a d-glükóz C-4 hidroxilcsoportjához ez esetben β-d-galaktozilcsoport kapcsolódik.

Kémiai tulajdonságai hasonlóak a többi redukáló diszacharidéhoz, de ellentétben a szacharózzal élesztővel nem erjeszthető.

Ciklodextrinek Az oligoszacharidok különleges csoportját képezik a gyűrűs szerkezetű ciklodextrinek. Ε vegyületek d-glükopiranózból α (1 → 4)-kötésekkel épülnek fel. Előállításuk keményítőből ciklodextrin transzglikozidáz enzim segítségével történik. 51


13.6. ábra - Ciklodextringyűrű

A gyűrű mérete a d-glükózegységek számától függ (13.6. ábra). Ezeknek a molekuláknak a külseje hidrofil, a belsejük pedig hidrofób, így a méretüknek megfelelő nagyságú, elsősorban lipofil tulajdonságú molekulákat képesek zárványként befogadni és ezáltal vízoldhatóvá tenni. A gyógyszer- és illatszeripar a ciklodextrineknek ezt a sajátságát a hatóanyagok kiszerelésénél (molekuláris kapszulák) hasznosítja.

Poliszacharidok A poliszacharidok monoszacharidrészekből felépített nagy molekulatömegű vegyületek. Általában 80-10000 monomer egységből állnak. Fizikai tulajdonságaikban jelentősen eltérnek a mono- és oligoszacharidoktól. Nem édes ízűek, vízben nem vagy csak kolloidálisan oldódnak. A poliszacharidok szerkezetfelépítési elve ugyanaz, mint az oligoszacharidoké, ezért érthető, hogy savas hidrolízisük során monoszacharidokra esnek szét. Sok poliszacharid hidrolízisével csak egyetlen monoszacharidféleség keletkezik, de ismerünk olyan poliszacharidokat is, amelyeknek a hidrolitikus lebontása kétféle monoszacharidhoz vagy monoszacharidszármazékhoz (pl. uronsavhoz) vezet.

Cellulóz, keményítő és glikogén Kizárólag d-glükózegységekből épül fel három nagyon fontos és elterjedt poliszacharid: a cellulóz, a keményítő és a glikogén. A cellulóz a Földön a legnagyobb mennyiségben előforduló szénvegyület, a magasabb rendű növények sejtfalának fő alkotórésze. A levelek szárazanyagának 10-20%-át, a fás növényi részek 50%-át alkotja. A cellulóz átlagos polimerizációs foka az eredettől függően 3000 és 8000 között 52

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK van. Savas hidrolízise (tömény sósav hidegen) csak d-glükózhoz vezet. Az egyik glükózegység β-glikozidos kötéssel kapcsolódik a másik egység C-4 helyzetű hidroxilcsoportjához, és így lineáris szerkezetű fonalstruktúra alakul ki.

A fonalstruktúrájú cellulózmolekulákat az intramolekuláris hidrogénkötések merevítik, ugyanakkor az intermolekuláris hidrogénhidak pedig a hosszú fonalak szoros egymáshoz illeszkedését biztosítják. Ez rendkívüli stabilitást, rugalmasságot, valamint oldhatatlanságot eredményez és ezáltal a cellulóz ideális alapanyaga a növények sejtfalának. A cellulóz ipari felhasználása rendkívül sokrétű. Nélkülözhetetlen kiindulási anyag például a papír-, a műselyem- (viszkóz) és a füstnélküli lőporgyártásnál. A keményítő a cellulóz mellett a másik legelterjedtebb poliszacharid a növényvilágban. A keményítő a szén-dioxid-asszimiláció terméke, amely keletkezésének helyén a növényi nedvekben feloldódik, más növényi részekbe (pl. gumóba, gyökérbe) vándorol, és ott mint tartaléktápanyag szemcsés formában raktározódik. A növény csökkent asszimilációja idején a keményítőt tápanyagként hasznosítja. Kinyerése magas keményítőtartalmú növényi részekből vizes kimosással történik. A burgonya gumója kb. 20%-ban, a gabonamagvak kb. 50-70%ban tartalmaznak keményítőt. Részleges hidrolízise maltózt, erélyes hidrolízise pedig d-glükózt eredményez. A keményítő polimer szerkezetét tekintve két anyag az amilóz és az amilopektin keveréke. A legtöbb keményítő kb. 10-20% amilózt és 80-90% amilopektint tartalmaz. Az amilóz mintegy ezer d-glükopiranozid-egységből α (1 → 4) glikozidos kötéssel épül fel és ezáltal a hosszú lánc spirális alakú hélixet képez, melyet intramolekuláris hidrogénkötések tartanak össze.

53


A hélix egy-egy csavarmenete hat glükóz, azaz három maltózegységből áll. Vizes oldata nem gélesedik és jóddal sötétkék színreakciót ad. A jód ugyanis bediffundál a hélixbe és ezáltal a gerjeszthetősége megváltozik. Melegítéssel kiűzhető a hélixből, hűtésre pedig újra visszadiffundál abba. Az amilóz hélixszerkezetét az is bizonyítja, hogy részleges mikrobiológiai hidrolízisével – mint azt már említettük ciklodextrinek képződnek. Az amilopektin a keményítő másik komponense, ezernél több d-glükóz egységből épül fel. Szerkezete az amilózéhoz nagyon hasonló. Egyetlen, de nagyon lényeges különbség, hogy az α (1 → 4) glikozidos kötéssel a d-glükózból felépülő főlánchoz minden 20-25 glükóz egységnél α (1 → 6) glikozidos kötéssel újabb „amilózszerű” oldallánc kapcsolódik.

54


Vizes oldata viszkózus, és gélje dermed. A glikogén az emberi és állati szervezetben ugyanazt a szerepet tölti be, mint a keményítő a növényi szervezetben. Tartalékszénhidrát szerepe miatt állati keményítőnek is nevezik. A szervezetben a glikogén az izmokban és főleg a májban halmozódik fel és az ún. glikolízis folyamán d-glükozilfoszfáttá való lebontást követően aerob körülmények között széndioxiddá és vízzé ég el, illetve anaerob módon l-(+)-tejsavvá alakul át.

A szerkezete az amilopektinéhez hasonló, azonban a glikogénben – lévén hogy minden 10-12 glükózegységre esik egy-egy láncelágazás – a láncok sokkal elágazóbbak. Nagy molekulatömege miatt a sejtmembránon nem tud átdiffundálni és ez biztosítja a sejtek ideális ozmotikus nyomását. Ha ugyanis a sejtekben a glikogén molekulatömegének megfelelő több százezer glükózmolekula volna jelen, az óriási ozmotikus nyomás a sejteket szétrobbantaná.

55


Nukleinsavak, nukleotidok, nukleozidok Az élő sejtek legjellemzőbb sajátsága a szaporodás, azaz önmagukkal azonos, reprodukcióra képes utódokat hoznak létre. Ε tekintetben a természetes anyagok körében a legfigyelemreméltóbbak a nukleinsavak, mivel ezek a bonyolult makromolekulák reprodukálják önmagukat, és genetikai információkat örökítenek át egyik nemzedékről a másikra. A nukleinsavak megismerésének története 1869-ben kezdődött, amikor Miescher sejtmagból egy savas természetű, lúgban oldódó foszfortartalmú anyagot izolált, amit később, eredetére utalva nukleinsavnak neveztek el. Kiderült, hogy a nukleinsavak és különböző származékaik minden sejtben előfordulnak és nélkülözhetetlen feladatokat látnak el. Pontos kémiai felépítésük és biológiai szerepük megismerése a 20. század legnagyobb tudományos felfedezései közé tartozik, különös tekintettel az emberi DNS teljes szekvenciájának feltárására. A közel tíz évig tartó, nemzetközi kutatómunka eredménye, a humán genom felderítése gyökeresen új lehetőségeket ad a biológusok, az orvosok, valamint a gyógyszerkutatók kezébe a betegségek megelőzésére és gyógyítására.

Nukleinsavak építőkövei A nukleinsavak nagy molekulatömegű polimer molekulák. A különféle sejtekből nyert nukleinsavak teljes hidrolízisével pentózokat, purin- és pirimidinbázisokat, valamint foszforsavat lehet izolálni. A hidrolízis körülményeinek (savas, lúgos vagy enzimatikus) változtatásával részleges lebontás is megvalósítható. Az így nyerhető összetett építőegységek közül a nukleotidokban a cukormolekulához szerves bázis és foszforsav kapcsolódik, ugyanakkor a nukleozidokban a cukor szerves bázissal képez vegyületet.

56


Pentózok szerkezete A nukleinsavak teljes hidrolízisének egyik komponense cukorszármazék, mégpedig pentóz. Ε szénhidrátkomponens szerkezete alapján kétféle nukleinsavat különböztetünk meg. A d-ribózt tartalmazók a ribonukleinsavak (RNS), és a 2-dezoxi-d-ribózt tartalmazók pedig a dezoxiribonukleinsavak (DNS).

57


Bázisok szerkezete A nukleinsavak teljes hidrolízisének másik komponense szerves bázis. Bázisként pirimidin- és purinvázas vegyületek izolálhatók, mégpedig az előbbiek uracil, timin vagy citozin lehetnek, az utóbbiak adenin vagy guanin. A vegyületek jelölésére gyakran nevük kezdőbetűjét (U, T, C, A, G) használjuk. A bázisok jelenléte nem teljesen tetszőleges. Az uracil csak az RNS-ben, a timin csak a DNS-ben fordul elő, a további három bázis pedig mindkét nukleinsavban megtalálható.

Nukleozidok A nukleinsavak közbenső hidrolízistermékei a nukleozidok, melyek szerkezetüket tekintve purin- és pirimidin-N-glikozidok. Nukleinsavakból erélyes lúgos vagy enzimatikus hidrolízis hatására képződnek. RNS-ből ribonukleozidok, DNS-ből pedig dezoxiribonukleozidok nyerhetők. A nukleozidok nevét a bázisok nevéből képezzük úgy, hogy pirimidinbázis esetén idin végződést, purinbázis esetén pedig ozin végződést illesztünk a bázis nevének első részéhez. A DNS-ből nyert nukleozidok nevéhez dezoxi előtag járul.

58


Az előbbiekkel összhangban a bázisok közül az uracil csak a ribonukleozidokban, a timin pedig csak a dezoxinukleozidokban fordul elő. A többi három bázis mindkét nukleozid típusban megtalálható. A pirimidinbázisok az 1-helyzetű nitrogénnel, a purinbázisok pedig a 9-helyzetű nitrogénnel képeznek glikozidos kötést. A pentózok és a bázisok között β-glikozidos kötés alakul ki, amely körül a gyűrűs nitrogén miatt nincs mutarotáció.

Nukleozidok előállítása A nukleinsavak szerkezetfelderítése szempontjából jelentős a nukleozidok szintetikus úton történő előállítása is. Ennek egyik lehetséges és gyakorlatban alkalmazott módja, amikor acilezett α-d-ribofuranozil-kloridból és a megfelelően védett purin- vagy pirimidinszármazék klórmerkurisójából kiindulva alakítják ki a β-glikozidos kötést. Példaként az adenozin szintézisét mutatjuk be.

59


A ribonukleozidok fenti szintézise során mindig β-glükozidos kötés keletkezik, mivel a cukor α-helyzetű halogénatomjának cseréje a szomszédos acetoxicsoport jelenléte miatt inverzióval megy végbe. A dezoxinukleotidok szintézise során a szomszédcsoport hiánya miatt az α- és β-anomer glikozid keveréke képződik, amit egymástól el kell választani.

Nukleozidok fizikai és kémiai tulajdonságai A nukleozidok magas olvadáspontú, vízben jól oldódó színtelen kristályos vegyületek. A glikozidos kötés lúggal szemben ellenálló, míg híg savval könnyen hidrolizálható, miközben pentóz és bázis képződik. A dezoxiribonukleozidok esetében kíméletes körülményeket kell alkalmazni, mivel a képződő 2-dezoxi-d-ribóz savérzékeny.

Nukleotidok A nukleotidok a nukleinsavak háromrészes építőegységei. Foszforsavészterek, melyek a nukleinsavakból enyhe lúgos vagy enzimatikus hidrolízis hatására képződnek. A hidrolízistermékek között a ribonukleinsavak esetében 2ʼ-, 3ʼ- és 5ʼ-foszfátok, a dezoxiribonukleinsavak esetében pedig 3ʼés 5ʼ-foszfátok fordulnak elő. A nukleotidok nevét a nukleozidok nevéből képezzük úgy, hogy megjelöljük az észteresített hidroxilcsoport helyét. Szokásos a nukleotidok nevét rövidítve megadni, például uridin-5ʼ-foszfát = 5ʼUMP. Gyakran találkozhatunk a ribonukleotidok régebbi elnevezésével is például: adenilsav, guanilsav, uridilsav, citidilsav.

60


Nukleotidok előállítása A nukleotidok szintézise – ugyanúgy, mint a nukleozidoké – a nukleinsavak szerkezetfelderítése szempontjából fontos. Gyakori reakcióút, hogy a cukrok hidroxilcsoportját dibenzil-foszfokloridát reagens segítségével alakítják foszforsavészterré. Így például, a 2ʼ,3ʼ hidroxilcsoportján védett ribonukleozidból 5ʼ-foszfát nyerhető az alábbi módon (az ábrán a purin- vagy pirimidinbázisokat egyszerűsítve ábrázoltuk).

61


Nukleotidok fizikai és kémiai tulajdonságai A nukleotidok magas olvadáspontú, vízben oldódó kristályos vegyületek. A dihidrogénfoszfát csoport jelenléte miatt erős savak. A nukleotidok enyhén savas hidrolízise a glikozidos kötés hasadásával bázist és pentózfoszfátot eredményez, lúgos hidrolízissel pedig a foszforsav sója mellett a megfelelő nukleozidot lehet izolálni.

62


Híg sav (0,01 n HCl) hatására a 3ʼ-foszfátok átizomerizálódhatnak 2ʼ-foszfátokká. Az átalakulás ciklusos köztitermék (2ʼ,3ʼ-ciklofoszfát) képződésén keresztül játszódik le.

Ez a folyamat ad magyarázatot arra, hogy miért található ribonukleozid-2ʼ-foszfát is a ribonukleinsavak hidrolízistermékei között.

Nukleinsavak elsődleges szerkezete A nukleinsavak nukleotidokból épülnek fel úgy, hogy a polinukleotid láncban a pentózok 5ʼ és 3ʼ hidroxilcsoportja foszforsavdiészter-kötéssel kapcsolódik össze. Apentózok 2ʼ szénatomján a DNS-ben hidrogén, az RNS-ben pedig szabad hidroxilcsoport található. Tehát a polimer molekula gerincét, primer szerkezetét mind a DNS-ben, mind az RNS-ben a pentóz-foszfát lánc alkotja, melynek változékonyságát a cukorrészhez kapcsolódó bázisok jelentik (13.7. ábra). 63


13.7. ábra - Nukleinsavak szerkezete DNS: R = H, RNS: R = OH

A nukleinsavakat alkotó nukleotidegységek kapcsolódási módjának felismerését többek között az tette lehetővé, hogy találtak olyan specifikus enzimeket, melyek a polinukleotid-lánc észterkötését csak az 5ʼ-helyzetű vagy csak a 3ʼ-helyzetű hidroxilcsoportnál hasítja el. Ha a nukleinsav hidrolízisét a marhalépből izolált lép-foszfodiészteráz enzim katalizálja, akkor az 5ʼ-helyen hasítva nukleozid-3ʼ-foszfátokhoz jutunk, amennyiben a kígyóméregből izolált kígyóméreg-foszfodiészteráz enzimmel dolgozunk, úgy a 3ʼ-helyen hasítva nukleozid-5ʼ-foszfátokat kapunk. A nukleotidok kapcsolódási sorrendjét (szekvenciáját) ugyancsak enzimek segítségével derítették fel. Az ún. restrikciós enzimek meghatározott szekvenciájú kisebb nukleotid-láncokat hasítanak ki a polimerből. A szétszabdalt láncok újra egyesíthetők a DNS ligáz enzim segítségével, a DNS polimeráz enzim pedig a DNS-szintézist katalizálja. 64

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A DNS bázissorrendjének meghatározása Sanger nevéhez fűződik, akit ezért a tudományos tevékenységéért 1979-ben másodszor is Nobel-díjjal tüntettek ki. Az általa kidolgozott szekvenálási eljárás alapelve nem a lebontás, hanem az enzimkatalizált DNS-szintézis irányított megszakítása. A szintézis megszakítására 2ʼ, 3ʼ-didezoxi-ribózt alkalmazott, ami a 3ʼ láncvégen nem tud észteresedni, ezért az eljárás didezoxi módszer néven vált ismertté.

DNS másodlagos szerkezete A nukleinsavak építőelemeinek mennyiségi arányai döntő jelentőségűek a nukleinsavak másodlagos szerkezetének (térszerkezetének) kialakításában. A különböző eredetű DNS-molekulák hidrolizátumában a purinbázisok (adenin és guanidin) moláris mennyisége mindig azonos a pirimidinbázisokéval (timin és citozin), sőt további szabályosság, hogy az adenin mennyisége a timinével, valamint a guanin mennyisége a citozinéval azonos (Chargaff-szabályok 1950). A+G=T+C A=TG=C Hasonló jelenség az RNS bázisösszetételében nem észlelhető. A DNS bázisösszetételében fellelhető szabályosság nem véletlen. Ez a feltétele a térszerkezet szempontjából meghatározó, egymáshoz erős hidrogénkötésekkel kapcsolódó bázispárok kialakulásának. Watson és Crick 1953-ban röntgenkrisztallográfiai mérési adatok alapján meghatározták a DNS térbeli elrendeződését, felismerték a DNS kettős hélix szerkezetét, amely megoldotta a DNS önreprodukciójának kérdését is. A DNS-t alkotó két polinukleotidlánc kettős helixet alkotva egymás mellé csavarodik. A hélix külső palástját a pentóz-foszfát polimerlánc alkotja, a paláston belül pedig a bázisok páronként hidrogénkötésekkel kapcsolódnak össze. A bázisok mólarányainak megfelelően a bázispárok összekapcsolódása nem lehet tetszőleges. Az adenin csak a timinnel, a guanin csak a citozinnal alkothat bázispárt. Csak ezekben az esetekben illeszkednek pontosan a bázispárok a hengerpalást belsejébe.

65

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Ε szabályos szerkezet kialakulásához az szükséges, hogy a két összecsavarodó lánc szerkezete pontosan megfeleljen egymásnak. A két szál bázissorrendje egymást kiegészítő, azaz komplementer szerkezetű, tehát az egyik szál bázissorrendje szigorúan megszabja a másik szál szekvenciáját (13.8. ábra).

13.8. ábra - A DNS kettős hélixe

A hélixszerkezet rögzítéséhez a bázispárok hidrogénkötésein kívül, a síkban egymás felett elhelyezkedő bázisok heteroaromás gyűrűi közötti erős van der Waals-kölcsönhatások is hozzájárulnak. A DNS külső palástján a poláris pentóz-foszfát láncok vízoldhatóvá teszik a makromolekulát, ugyanakkor megvédik a belső apoláris bázisokat a külső behatástól. A röntgendiffrakciós vizsgálatok szerint a DNS-nek kétféle alakja lehet. Az A-DNS és a B-DNS, melyek a hidratáltság fokától függően a külső méreteikben mutatnak kismértékű eltérést egymástól.

DNS harmadlagos szerkezete és biológiai funkciója A DNS-molekula óriási méretű, a legkisebbek 5000 bázispárból (5 kb; kilobázis) állnak és 1700 nm hosszúak. Az emberi DNS – a teljes humán genom – közel 6 millió kb-ból épül fel és teljes hossza eléri a 2 m-t. A szabályos kettős helix természetesen meghajlik, összetekeredik és ezt tekintjük a harmadlagos szerkezetnek. A DNS-molekula szervezettségének a legmagasabb szintje a kromoszóma, ami már fehérjéket is tartalmaz a DNS mellett. 66

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A teljes DNS-lánc egy-egy rövidebb szakaszát tekintjük géneknek, a gének sorrendjét pedig genetikai térképnek nevezzük. Az 1990-ben elindított átfogó kutatás, a humán genom (HUGO) program elvezetett mind a 23 emberi kromoszóma csaknem teljes nukleotidsorrendjének feltárásához. Az élő sejt osztódással szaporodik, azaz képes önmagát reprodukálni. Az élő anyag önreprodukciós sajátosságának molekuláris szintű magyarázatát a DNS-molekula térszerkezetéből lehet levezetni. A sejt osztódásakor a kettős hélix szétcsavarodik és mindegyik szál mellé egy vele komplementer másik szál szintetizálódik. Az új sejt DNS-molekulájának egyik fele tehát az „anya”-sejtből származik, ezért ezt a folyamatot szemikonzervatív replikációnak nevezzük.

Osztódás során a bázispárok eredeti sorrendje megmarad. Ez a bázissorrend örökíti át generációról generációra a fehérjeszintézis aminosavsorrendjét. A DNS-molekula három egymást követő nukleotidjának sorrendje (triplett) kódol egy bizonyos aminosavat. A DNS tehát tárolja és az új sejtnek átadja a fehérjeszintézishez szükséges genetikai információt.

RNS térszerkezete és biológiai szerepe A DNS a sejtmagban található, a fehérjeszintézis viszont a sejtplazmában játszódik le. A fehérjeszintézis feladatát az RNS-molekulák látják el. Egyetlen sejten belül többféle RNS található, melyek funkcióik szerint különböztethetők meg.

67

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A hírvivő (messenger) RNS (mRNS) közvetíti a DNS-ben kódolt genetikai információt, a riboszomális RNS (rRNS) a fehérjeszintézis helyszínéül szolgál, a transzfer RNS (tRNS) pedig szállítja az aminosavakat a szintézis helyére. Ennek megfelelően a szerkezetük is különböző. Az mRNS csak egy szálat tartalmaz, amire a DNS-molekuláról átmásolja a fehérjeszintézis tervrajzát – az aminosavsorrendet. Az rRNS szerkezete a globuláris fehérjékhez hasonló. A szabályos kettős helix szakaszokban az uracil is bázispárt alkothat az adeninnel. A rendezett szakaszokat egyszálú rendezetlen részek követik. A tRNS a legkisebb nukleinsav-molekula, mintegy 75–90 nukleotidegységből épül fel. Szerkezetét az ún. lóhere modellel szokták ábrázolni (13.9. ábra).

13.9. ábra - A transzfer RNS szerkezete

A láncvégen az aminosav kapcsolódik a tRNS-hez, az egyik hurok az enzimmel, a másik a riboszómával kapcsolja össze a nukleinsavat. A harmadik hurok az ún. antikodon hurok, amelyen a három bázis sorrendje komplementere a vezérlő RNS aminosavat kódoló triplettjének. A kodon és az antikodon összekapcsolódásával az aminosavak a megfelelő sorrendben jutnak a fehérjeszintézis színhelyére, a riboszóma RNS-be.

Nukleotid koenzimek A nukleotidok nemcsak a nukleinsavak alkotórészeként fordulnak elő az élő természetben, hanem szabad állapotban vagy egyszerűbb vegyületek formájában is. Fontos származékaik az egyes anyagcsere-folyamatokat katalizáló enzimek koenzimjei. 68

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A koenzimek olyan reagensmolekulák, amelyekre a biológiai folyamatokat katalizáló enzimeknek (fehérjéknek) átmenetileg feltétlenül szükségük van az általuk megkötött metabolitmolekulák átalakításához. A nukleotid koenzimek a nukleotid-5ʼ-foszfátok vegyes anhidridjei.

Adenozin-5ʼ-trifoszfát (ATP) és adenozin-5ʼ-difoszfát (ADP) Az adenozin-5ʼ-trifoszfát (ATP) és az adenozin-5ʼ-difoszfát (ADP) az élő szervezet energiagazdálkodásában meghatározó szerepet betöltő nukleotid koenzim két formája. Mindkét forma adenozin-5ʼ-foszfátból származtatható foszforsavas vagy pirofoszforsavas acilezéssel. Az ATP minden élő sejtben előfordul, láncvégi utolsó foszforilcsoportját – megfelelő enzimjelenlétében – átadja más vegyületnek, miközben önmaga –1 ADP-vé alakul, ezzel egyidejűleg 30 kJ mol energia szabadul fel.

Az ATP → ADP átalakulás során felszabaduló energia fedezi az élő szervezetben lejátszódó szintézisfolyamatok energiaigényét, ugyanakkor az anyagcsere során a lebomlási folyamatokban képződő energia az ADP → ATP átalakulás során elraktározódik.

69


A kémiai energia az ATP nagyenergiájú savanhidridkötéseiben raktározódik.

+

Nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD ) +

A NAD (nikotinamid-adenin-dinukleotid) az élő szervezetben végbemenő dehidrogénezési folyamatokat katalizáló enzim koenzimje. A pozitív töltésjel az ikerionos szerkezetű molekula piridiniumgyűrűjére utal. +

A NAD hatását úgy fejti ki, hogy megfelelő enzim jelenlétében az oxidálandó molekuláról leszakít egy hidridaniont, amit a koenzim piridiniumgyűrűje megköt, miközben a foszfátanion protont vesz fel. Az így képződő redukált nikotinamid-adenin-dinukleotid (NADH) egy másik enzimhez kötődve alkalmassá válik hidridanion átadásra, azaz redukciós folyamatok katalizálására.

70

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Az oxidált és redukált formák egyensúlyi rendszert alkotnak, melynek biológiai szerepe a hidrogénátvitel:

Koenzim-A (CoA) Ugyancsak az élő szervezetben lejátszódó reakciókat, mégpedig acetilezéseket katalizáló enzim koenzimje a CoA. Központi szerepet játszik a legfontosabb anyagcsere-folyamatokban, mint például a zsírsavak, sztereoidok bioszintézisében vagy a szénhidrátok lebomlásában.

Az acetilezési reakciót a folyamat során acetilkoenzim-A végzi, amely igen reaktív tioészter típusú vegyület.

Izoprénvázas vegyületek A növényvilágban nagyon gyakoriak azok a szénvegyületek, amelyeknek szénváza két vagy több izoprénegységet foglal magában. Az ötszénatomos izoprénváz nagyszámú és igen változatos szerkezetű és biológiai hatású vegyület építőegysége. Ezek a vegyületek három csoportra oszthatók, mégpedig a terpenoidokra, a karotinoidokra és a szteroidokra.

71


Terpenoidok A terpenoidok körében alapvegyületeknek tekinthetők a névadó terpének Ezekre a szénhidrogénekre a (C5H8)n általános összegképlet jellemző, ahol n = 2 vagy ennél nagyobb szám. Szerkezetvizsgálatuk szerint az izoprén (C5H8) dimer-, trimer-, általában oligomer- vagy polimerszármazékainak tekinhetők. A terpének a 13.4. táblázatban foglaltaknak megfelelően az izoprénrészek száma szerint csoportosíthatók. A terpén nevet korábban csak C10H16 összegképletű vegyületekre alkalmazták utalva a terpentinre (fenyőgyanta latinul terebenthinum), mely 95%-ban tartalmaz vízgőzzel illó C10H16 összegképletű szénhidrogéneket. Az elnevezést később valamennyi (C5H8)n összegképletű molekulára kiterjesztették. A ma használatos terpenoid gyűjtőnév nemcsak a terpéneket foglalja magában, hanem általában az egész számú izoprénegységekre tagolható szénhidrogéneket, akár aliciklusos akár ciklusos, valamint ezek oxigéntartalmú származékait is, például terpénalkoholokat, terpénketonokat stb.

13.4. táblázat - Terpének csoportosítása Név

Összegképlet

Izoprénrészek száma, n

Monoterpének

C10H16

2

Szeszkviterpének

C14H24

3

Diterpének

C20H32

4

Szeszterterpének

C25H40

5

Triterpének

C30H48

6

Tetraterpének

C40H64

8

Politerpének

(C5H8)n

n>8

A terpének szerkezetfelderítése során először Wallach (1883), majd később Ružička (1921) fogalmazta meg az izoprénszabályt, ami az izoprénegységek szabályos ún. fej-láb illeszkedésére utal. Például a babérfa illóolajában található mircénben a két izoprén fej-láb illeszkedése valósul meg.

72


Terpenoidok bioszintézise Izotópjelzett molekulákkal végzett kísérletek szerint, a terpenoidok bioszintézise szénhidrátokból kiindulva mevalonsavon át történik, oly módon, hogy a mevalonsavból ún. aktív izoprén (izopentenil-pirofoszfát, IPP), keletkezik, amely a természetes izoprénvegyületek prekurzora. A bonyolult szintézisút egyes átalakulási lépései általában enzimkatalizáltak, amelyekben fontos szerepet töltenek be a koenzimek. A további átalakulás során az IPP savkatalizált reakcióban dimetilallil-pirofoszfáttá (DMAPP) izomerizálódik át. Az enzimatikus folyamatban a kettős kötés protonálódik az olefineknél megismert orientációs szabály szerint, amit azután protonkihasadás követ. Ezt követően két C5-egység fej-láb illeszkedéssel összekapcsolódik. A dimerizációt elősegíti az, hogy a pirofoszfát jó távozócsoport és az így képződő reaktív allil-kation enzim hatásra könnyen addícionálódik egy másik IPP-re.

73


Az így keletkező geranil-pirofoszfátból levezethető az összes monoterpén, például hidrolízisével nyílt láncú alkoholok [(E)-izomer: geraniol és (Z)-izomer: nerol] képződhetnek. Az izomerizációt az allil típusú kation mezomer határszerkezetei teszik lehetővé. A karbokation intermedier intramolekuláris AdE reakcióban monociklusos monoterpénné (pl. limonénné) alakulhat, illetve a ciklusos kationból biciklusos vegyületek (pl. α-pinén és β-pinén) képződésére is van lehetőség.

74


Királis vegyületek (pl. pinén, limonén) esetében bizonyos növényekben egyik vagy a másik enantiomer is képződhet. A geranil-pirofoszfátból újabb IPP-egységek hozzákapcsolódásával levezethető valamennyi terpénféleség bioszintézise.

Terpenoidok előfordulása, elnevezése és fontosabb képviselői A terpenoidok a növény- és állatvilágban nagy változatossággal fordulnak elő. Főként a növényi illóolajok összetett elegyeiben mint különböző szerkezetű telítetlen szénhidrogének és azok oxigéntartalmú, legtöbbször alkohol-, aldehid-, keton- vagy karbonsavszármazékai. 75

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A folyékony halmazállapotú keverékek szétválasztása fizikai módszerekkel nehézkes, ezért gyakran alkalmazzák a kristályos származékképzési eljárást, ami azt jelenti, hogy például az olefinekből HCl-adduktot, az oxovegyületekből oximot, hidrazont stb. képeznek. A terpenoidokat elnevezhetjük a szisztematikus névalkotás szabályai szerint is, de a gyakorlatban szinte kizárólag a féltriviális neveket használjuk, melyekben a név első fele utal az előfordulásra, a végződés pedig a funkciós csoportra. A következőkben néhány terpenoid triviális nevét és a névadó növény latin és magyar elnevezését tüntettük fel.

A monoterpének közül a citrál fontos alapanyaga az illatszeriparnak. A mentol hűsítő ízű, csíraölő hatású kristályos vegyület, amit a kozmetikai ipar és a gyógyászat használ fel. A kámfort ugyancsak nagy mennyiségben használja fel a robbanóanyag- és a gyógyszeripar. A terpentinolaj a fenyőgyanta illékony része, aminek fő komponense az α-pinén. A terpen-tinolajat a szintetikus kámfor előállítására, valamint a festékiparban használják. Az abietinsav a fenyőgyanta nem illékony maradványa. A politerpének közül nagy gyakorlati jelentőséggel bír a kaucsuk. A brazíliai kaucsukfa (Hevea brasiliensis) tejnedvéből nyerhető poliizoprén a gumigyártás alapanyaga. A kaucsuk nagy rugalmassága a cisz- geometriájú olefinkötéseknek köszönhető zegzugos szerkezettel magyarázható.

76


Karotinoidok A karotinoidok zsírban oldódó természetes eredetű pigmentek. A nyolc izoprénegységből felépülő karotinoidok közös szerkezeti sajátossága a folytonos konjugációt alkotó polién struktúra. A vegyületcsalád neve a sárgarépából (Daucus carota) izolált pigmentre, a karotinra utal. A karotin három hasonló szerkezetű vegyület, mégpedig az α-, β- és γ-karotin keveréke. Ugyancsak hasonló szerkezete van a paradicsom (Lycopersicum esculentum) piros színanyagának a likopinnak.

77

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A likopin mindkét láncvége nyitott, de szokásos ábrázolásmódja arra utal, hogy gyűrűzáródással α-, illetve β-jonon gyűrűvé záródhat, hasonló módon a karotinizomerek láncvégeihez. A növény- és állatvilágban a karotinoidok nagyon elterjedtek, különösen nagy mennyiségben fordul elő néhány oxigéntartalmú származékuk, például az algákban és a növényi levelekben található lutein.

Az emberi és állati szervezetek nem képesek szintetizálni a karotinoidokat, így e létfontosságú vegyületekhez csak a táplálék útján juthatnak. A βkarotinnak A-vitamin hatása van, mivel a szervezetben enzim hatására 2 mol retinol (A-vitamin) képződik belőle.

Szteroidok A szteroidok a természetes szénvegyületek egyik figyelemreméltó csoportját alkotják, mivel fontos szerepet játszanak az életfolyamatokban és nélkülözhetetlenek a gyógyításban. A szteroid név a vegyületcsoport legrégebben izolált tagjára a koleszterinre utal, amit epekőből (görögül khole=epe, sztereosz=szilárd) nyertek ki.

Szteroidok szerkezete Valamennyi szteroid molekulára jellemző az ún. szteroid alapváz, amely kémiai szerkezetére nézve perhidro-1,2-ciklopentanofenantrén (13.10. ábra).

78


13.10. ábra - Legfontosabb szteroid alapvázak

1

2

3

Az R és R legtöbb szteroid esetében metil-, az R pedig különböző alkil- vagy alkenilcsoport lehet. A legfontosabb alapvázak elnevezését a 13.10. ábra mutatja. A tetraciklusos szénhidrogénben az egymáshoz kapcsolódó gyűrűk téralkata különböző lehet. A természetben előforduló szteroidok esetében ezek közül három lehetséges gyűrűkapcsolódás valósul meg, amelyet az androsztán alapvázon mutatunk be.

Szteroidok csoportosítása és fontosabb származékai Szterinek A szterinek olyan szteroidalkoholok, melyek a természetben, azaz az állatokban (zooszterinek), növényekben (fitoszterinek) vagy gombákban (mikoszterinek) képződnek. A zooszterinek legfontosabb képviselője a koleszterin, amely minden állati szervezetben előfordul, különösen sok található például a tojássárgájában. Az emberi epekőnek ugyancsak alkotója. A koleszterin fontos szerepet játszik a szteroidhormonok és az epesavak bioszintézisében.

79


A mikoszterinek közül a legfontosabb az ergoszterin, amit elsőként egy, a rozson élősködő gombából az anyarozsból (Claviceps purpurea) izoláltak. A vegyület neve az anyarozs francia nevéből (ergot) származik. Az ergoszterin UV-besugárzás hatására a C9–C10 kötés homolitikus hasadását követően D2-vitaminná alakul.

Epesavak A legfontosabb epesavak az 5β-androsztán hidroxikarbonsav származékai. Az epében aminosavakkal (glicin, taurin) képzett peptidszerű vegyületeik az ún. páros epesavak nátriumsói formájában fordulnak elő. Az epesavak szerepe a vízben nem oldódó zsírok felszívódásának elősegítése.

80


Szívre ható glikozidok és varangymérgek Azok a vegyületek, melyeket összefoglaló néven szívglikozidoknak és varangymérgeknek neveznek, gyógyászati szempontból nagyon fontosak. Növényekben (pl. a Digitalis- és a Strophantus-fajokban), tengeri hagymákban (Scilla maritima) és egyes békafajokban (Bufo-fajok) fordulnak elő. A csoport valamennyi tagja 5β,14β-androsztán alapvázat tartalmaz, melyhez 3β- és 14β-helyzetben két hidroxilcsoport, 17-helyzetben pedig egy laktongyűrű kapcsolódik, valamint a 3β-hidroxilcsoport különböző szénhidrátokkal glikozidos kötést alkot. A glikozidos kötés már enyhén savas hidrolízis hatására is felszakad, és a szénhidrátok mellett aglikon (genin) is izolálható. A gyógyászatban alkalmazott vegyületeket szokás öttagú, telítetlen laktolgyűrűs kardenolidoknak vagy digitalisz-glikozidoknak nevezni. A legfontosabbaknak tekintjük ezek közül a digitoxint és a strofantint, melyek a szívizom kontrakciós erejét fokozzák (pozitív inotróp hatás).

81


Szteroidszaponinok A szteroidszaponin gyűjtőnév az idesorolt vegyületek vizes oldatának szappanhoz hasonló habzására utal. A szaponinok hatgyűrűs alapvázat tartalmazó glikozidok, melyeknek jellegzetes szerkezeti eleme a spiroketál gyűrűrész. Legfontosabb képviselőjük a Dioscorea-fajokban előforduló dioszcin, melynek aglikonja a dioszgenin. A dioszgenin fontos kiindulási anyaga a sztereoidhormonok, például a progeszteron félszintetikus előállításának.

82

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Szteroidhormonok A szteroidhormonok egy része a nemi funkciókat szabályozza – ezek a nemi hormonok, más részük pedig a szervezet anyagcseréjét (cukor- és sóháztartás) befolyásolják – ezeket az előfordulásukra utalva mellékvesekéreg-hormonoknak (vagy kortikosztereoidoknak) nevezzük. A hormonok nagyon változatos funkciókat töltenek be, ennek ellenére azonban szerkezetük sok tekintetben hasonló. A 17-helyzetben a hosszú oldallánc vagy gyűrű helyett általában hidroxil-, oxo- vagy acetilcsoportot tartalmaznak. A női nemi hormonok egy része (ösztrogének) a másodlagos nemi jelleg kialakulásáért felelősek – ezek az ösztradiol, ösztriol és az ösztron. Közös jellemzőjük, hogy az Α-gyűrű mindhárom vegyületben aromás.

A női nemi hormonok másik csoportját a terhesség fenntartását biztosító gesztagének alkotják, melyeknek egyetlen természetes képviselője a progeszteron. A férfi nemi hormonok (androgének) közé a másodlagos nemi jelleg kialakulásáért felelős tesztoszteron és annak átalakulásával képződő androszteron tartozik.

A mellékvese nagy számú kortikoszteroidot termel. Közülük a kortizolt szintetikusan is előállítják, ez a hidrokortizon, amely gyulladáscsökkentő hatású szer. Néhány szintetikus szteroid hasonló hatást mutat, ilyen például a prednizolon.

83


Szteroidalkaloidok A szteroidalkaloidok nitrogéntartalmú szteránvázas vegyületek, amelyek főként a Solanum fajokban fordulnak elő glikozidjaik formájában. Néhány képviselőjük (pl.a szolaszodin és a tomatidin) szerkezete sok hasonlóságot mutat a szaponinok gyűrűrendszerével, csak a spiroketál rész hattagú gyűrűjében oxigénatom helyett nitrogén található.

Flavonoidok Flavonoidok előfordulása és szerkezete A növényi eredetű természetes anyagok egyik jelentős csoportját a flavonoidok képviselik. Korábban a flavonoid összefoglaló névvel csupán az 1,3-difenilpropánvázú (C6–C3–C6) O-heterociklusos vegyületeket jelölték. Később tágabban értelmezve a flavonoid elnevezést, a gyűjtőnevet kiterjesztették két további, szerkezeti felépítésében rokon O-heterociklusos vegyületcsaládra, nevezetesen az 1,1-difenilpropánvázú neoflavanoidokra és az 1,2-difenilpropánvázú izoflavonoidokra.

84


Napjainkban tovább bővült a flavonoidok köre, a szerves kémikusok a flavonoidok közé sorolják mindazokat a természetes anyagokat, amelyek a három ábrázolt vegyületcsalád jellegzetes O-heterociklusos szerkezeti részét tartalmazzák. A természetből izolált flavonoidok száma napjainkra meghaladta a négyezret. Jelenlétük szinte valamennyi növényi szervben kimutatható. Különösen nagy mennyiségben találhatók flavonoidok a fiatal növényi részekben, így rügyekben, friss hajtásokban, virágokban, sőt termésekben is. Ez a tény arra utal, hogy a flavonoidok jelentős szerepet játszanak a növényi sejtek működésében. Ezzel összhangban a vegyületcsalád elnevezése is növényi eredetű, ugyanis a primulák levelén és szárán fellelhető, élénksárga színű, finom lisztes flavon bevonatról kapták nevüket (latinul sárga = flavus). A flavon bevonat 2-fenilkromon molekulaszerkezetet jelent.

A flavonoidok nagy száma mindenekelőtt származékaik hihetetlen gazdagságában rejlik. Az azonos alapvegyületekből nagyon sok rokon molekula vezethető le, melyek a heterogyűrű oxidációs fokában, a fenolos hidroxilcsoportok számában és helyzetében különbözhetnek egymástól, továbbá az egyes hidroxilcsoportok helyébe metoxi-, metiléndioxi-, preniloxi-, izopreniloxi- stb. csoportok épülhetnek be. A flavonoidok szerkezete módosulhat azáltal is, hogy O- és C-glikozidjaikban eltérő a glikozilcsoport jellege, száma és helyzete. A flavonoidok molekulaszerkezetének változatosságára utaló általános meg jegyzések az alapvázra leszűkítve azt jelentik, hogy a flavonoidoknak kromán alapvázuk van, ami módosulhat izokromán, kromén, izokromén, kumarin, izokumarin, kromon, kromanon, izokromanon vázzá, sőt kromiliumsóvá, illetve annak izomerjévé is, miként a következő ábrán ezeket a különféle oxidációs fokú molekulaszerkezeteket össze is foglaltuk. Ε vegyületek közül – jelentőségüknél fogva – csak a kumarin-, kromon-, kromán-, kromanon- és a kromiliumsók néhány származékával foglalkozunk részletesebben.

85


Kumarin és származékai A kumarin és származékai főleg orchideafajokban, pillangós és ernyős virágzatú növényekben fordulnak elő. Az alapvegyület kumarin szénaillatú, ezért az illatszer- és a dohányipar hasznosítja. A kumarin szintézise és néhány reakciója

86

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A kumarin előállítása Perkin-féle szintézissel történhet, oly módon, hogy szalicilaldehidet vízmentes nátriumacetát jelenlétében ecetsavanhidriddel reagáltatják. Ilyenkor a (Z)-2-hidroxifahéjsav és az ecetsav vegyes anhidridje keletkezik, amely ecetsavvesztéssel ciklizál.

A kumarin könnyen átalakítható különféle benzopirán-származékokká is; például dihidro-kumarinná, majd 4H-, valamint 2,2-dimetil-2H-kroménné.

Dikumarol A természetes kumarinszármazékok közül gyógyászati jelentőségű a dikumarol, melyet először rothadó szénából izoláltak. Kimutatták, hogy igen erős véralvadásgátló és antibakteriális hatású. A Bacillus antracis (lépfenebacillus) és a Staphylococcus aureus növekedését táptalajon még 0,01 –1 mg ml koncentrációban is teljes mértékben gátolja. A gyógyászatban főleg trombusok kezelésére használják. Ipari előállítása 4-hidroxikumarin és formaldehid vizes közegben végzett kondenzációjával történik.

87


Kromon és származékai A kromon szintézise A kromon gyűrűs szerkezetének szintetikus felépítése 2-hidroxiacetofenonból etilformiáttal végzett Claisen-kondenzációval valósítható meg.

A gyűrűzárási reakció közbenső terméke a megfelelő 1,3-dioxovegyület, melyből a végtermék a fenolátion nukleofil addícióját követő vízkilépéssel keletkezik.

Flavonszármazékok A szűkebb értelemben vett flavonoidok alapvegyületeit az alábbiakban tüntetjük fel, ezek a kromonnak, kromanonnak, krománnak, illetve kromiliumkationnak a különböző 2-fenil-származékai.

88


Előállításuk a C6–C2 egységet hordozó 2-hidroxiacetofenonból valósítható meg. A propánváz hiányzó szénatomját és a fenilcsoportot benzaldehidből kiindulva lúgos közegben végzett kondenzációval építhetjük ki. A reakcióban (E)-2ʼ-hidroxikalkon keletkezik, mely közbenső termékül szolgál a fent felsorolt vegyületek szintéziséhez.

A 2ʼ-hidroxikalkon és származékai élénksárga vegyületek. A természetben is előfordulnak és a flavonoidok bioszintézisében központi szerepet töltenek be.

89

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A flavanonszármazékok növényekben is a 2ʼ-hidroxikalkonok ciklizadójával keletkeznek, többnyire enantioszelektív módon.

Laboratóriumban e gyűrűzárás enyhe savas

vagy bázikus (NaOAc/MeOH) közegben történő melegítéssel valósítható meg.

Flavon és flavonol a flavanon további átalakításával nyerhető az alábbiak szerint. A flavanon a kémiai átalakulásokban ketonként reagál és a karbonilcsoportjával szomszédos metiléncsoportja igen reakcióképes. Így gyökös brómozásakor 3-brómflavanon képződik, mely termikusan vagy enyhe bázikus körülmények között flavonná dehidrohalogéneződik. A flavanon aktív metiléncsoportjának reaktivitását használhatjuk ki a flavonol előállításánál. Flavanont nitrozálva 3-izonitrozoflavanont nyerjük, amely mint ketoxim a megfelelő ketonná hidrolizálható. Az így keletkező α-diketon – flavonol képződése révén – enolformában stabilizálódik. Ε tautomer formát a C-4 karbonilcsoport és a C-3 hidroxilcsoport közötti kelátgyűrű kialakulása is stabilizálja.

90


Flavanonol szintén 2ʼ-hidroxikalkonból állítható elő. Ekkor az oxidatív gyűrűzárást lúgos hidrogén-peroxiddal végezve először a megfelelő transzepoxid keletkezik, melynek a fenolátionnal történő sztereospecifikus gyűrűfelnyílása vezet a termodinamikailag stabilabb íraniz-3-hidroxiflavanonhoz, a flavanonolhoz.

91


A flavanonolt előállíthatjuk a flavonol redukciójával (pl. kat./H2 vagy Na2S2O7) is. A flavanonol az α-hidroxiketonokhoz hasonlóan oxidációra érzékeny, így különféle oxidálószerekkel flavonollá dehidrogénezhető. A növényekben mindkét átalakulás lejátszódik. Növényekben a flaviliumsók keletkezése azzal függ össze, hogy a polihidroxi-flavonolokból további redukcióval ún. antocianidinek, illetve glikozidjaik, az antocianinok keletkeznek. Laboratóriumban ez az átalakítás sósavas metanolban magnéziummal végzett redukcióval valósítható meg.

Flavonból hasonló körülmények között flavilium-klorid keletkezik, amely szobahőmérsékleten enyhe lúgos kezeléssel flavonná alakítható vissza. 92


A reakció első lépésében a hidroxidion addíciójával a megfelelő pszeudobázis, azaz a 2-fenil-4-hidroxi-4H-kromén keletkezik, melynek spontán oxidációja flavont eredményez. Flavánszármazékok a természetben is különféle oxidációs fokú flavonoidokból (pl. flavanonból, flavilium-kloridból stb.) redukcióval keletkeznek. Az alapvegyületet, a flavánt legegyszerűbben a flavonon vagy a flaviliumklorid katalitikus hidrogénezésével állíthatják elő.

93


Izoflavonszármazékok Az izoflavonoidokat a kromon 3-fenilszármazékainak tekinthetjük. A természetben a következő izoflavonoid alapvegyületek származékai fordulnak elő.

Izoflavonoidok bioszintézise A flavonoidokhoz hasonlóan az izoflavonoidok bioszintézisének is kulcsintermedierje a megfelelő szubsztitúciójú 2ʼ-hidroxikalkonszármazék. Ez esetben is ebből először a megfelelő flavanonszármazék keletkezik, melyet az izoflavonszintetáz enzim oxidatív átrendeződési reakcióban a megfelelő izoflavonná alakít. Az így keletkezett izoflavonszármazék szolgál kiindulási anyagul más izoflavonoid (pl. izoflavanon, izoflaván stb.) bioszintéziséhez is. A kémiai korreláció lehetőségét a 2ʼ-hidroxikalkon és a fentebb felsorolt izoflavonoidok között ugyancsak az izoflavon teremti meg. Ugyanis a 2ʼ-hidroxikalkonból tallium(III)-nitráttal metanolban végzett oxidatív átrendeződési reakcióban a megfelelő β-ketoaldehid-dimetilacetál keletkezik, melyet híg ásványi savas kezeléssel vagy nátrium-metiláttal a gyűrűs vegyes acetálformán keresztül izoflavonná lehet ciklizálni.

94


Az acetálok bázisokkal szemben mutatott stabilitása ellenére, az utóbbi gyűrűzárási lehetőség az acetálcsoporthoz α-helyzetben lévő lazított hidrogén jelenlétének köszönhető. Ez ugyanis nátrium-metiláttal protonként könnyen lehasítható, és az így keletkező karbanion metoxidanion-vesztéssel viniléter formában stabilizálódik. A következő lépésben a fenoátanionnak Michael-típusú addíciójával a 2-metoxi-3-fenilkromanon enolátja keletkezik, melyből újabb metoxidanion kilépésével alakul ki a kromongyűrű.

95


Izoflavanon és izoflaván Az izoflavonból megfelelő módon elvégzett redukcióval, mind az izoflavanon, mind pedig az izoflaván előállítható.

96


Ha azonban az izoflavont nátrium-tetrahidridoboráttal redukáljuk, akkor nemcsak a kromongyűrű telítődik, hanem a karbonilcsoport is hidroxilcsoporttá alakul, és így a cisz/transz-3-fenil-4-hidroxikrománt (cisz/transz-izoflaván-4-olt) kapjuk meg. Ε vegyület katalitikus hidrogénezése izoflavánt, mangándioxidos oxidációja pedig izoflavanont eredményez. Pterokarpánok Az izoflaván-4-olok reaktivitását használjuk ki a pterokarpánok előállításánál. A benzil-helyzetű (C-4) hidroxilcsoport ugyanis savkatalizált reakcióban karbéniumion keletkezése közben könnyen eltávolítható, és amennyiben 2ʼ-helyzetben fenolos hidroxilcsoport is van a molekulában, akkor e csoport részvételével pterokarpánt eredményező sztereospecifikus gyűrűzárás játszódik le.

97


A gyűrűzárás során a termodinamikailag stabilabb B/C-cisz gyűrűanelláció (6aR, 11aR / 6aS, 11aS) alakul ki. A természetben mind a 6aR, 11aR, mind pedig a 6aS, 11aS abszolút konfigurációjú származékok előfordulnak. Dehidropterokarpánok és kumesztánok A dehidropterokarpán és a kumesztánvázas izoflavonoidok a legegyszerűbben a 2ʼ-hidroxi-izoflavanonokból állíthatók elő. A 2ʼ-hidroxiizoflavonból már enyhe savas behatásra is vízkilépéssel dehidropterokarpán keletkezik, melynek enyhe oxidációja (pl. 2,3-diklór-5,6-diciano-1,4-benzokinon hatására) kumesztánhoz vezet.

98


Flavonoidok biológiai jelentősége és fontosabb származékaik A flavonoidok élővilágban betöltött szerepe rendkívül összetett és szerteágazó. Számos képviselőjüknek van antifungális, antibakteriális, antioxidáns, valamint gyulladásgátló hatása, és így a különféle enzimrendszerekre gyakorolt befolyásuk által fontos szerepet töltenek be az élővilág molekuláris szintű működésének szabályozásában. A természet színpompája mint kémiai alapokon nyugvó biológiai jelzőrendszer, meghatározó szerepet tölt be a rovarok, madarak és növényevő állatok életében, mindenekelőtt segítve a növényi élet reprodukcióját a beporzással, a magok, termések terjesztésével. A növények, virágok és gyümölcsök színéért elsősorban az antocianinok és glikozidjaik a felelősek, növényvilág színváltozásait az antocianidinek pH-függő reverzibilis szerkezetváltozása okozza. A szerkezet, illetve kötésrendszer megváltozásával összefüggő színváltozást a vörös rózsából (Rosa gallica), kék búzavirágból (Centaurea cyanus) vagy a pipacsból (Papaver rhoeas) izolálható cianidin-klorid példáján szemléltetjük.

A cianidin-klorid vizes oldata (pH = 3) piros színű. Ha a rendszer pH-ját nátriumacetát hozzáadásával 8-ra növeljük, az oldat ibolyaszínűvé válik, mivel a kinoidális szerkezetű anhidrobázis keletkezik. Lassanként azonban színvesztés történik, mert vízaddíció révén a színes anhidrobázis – a 99

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK kinoid struktúra megszűnése közben – a színtelen pszeudobázissá alakul. Erős lúgosításkor (pH = 11) az oldat kék színű lesz az anhidrobázisból képződő fenolátanion kromofor rendszere miatt. Mindezek a szerkezeti változások reverzibilisek: sósavas savanyításra (pH = 3) a fenolát, az anhidroés pszeudobázis egyaránt a piros színű cianidin-kationná alakul vissza. A fiziológiás vizsgálatok szerint, a flavonoidok kiterjedt konjugált kromoforrendszerüknek köszönhetően hatékony védelmet nyújtanak az UV-sugárzás sejtkárosító hatása ellen. A flavonoidoknak és rokon vegyületeiknek, a polifenoloknak megkérdőjelezhetetlen szerepük van a növények különböző mikroorganizmusokkal szembeni védelmében is. Szénhidrátokból kiinduló bioszintézisük a mikrobális támadás hatására fokozódik, azaz a növény e vegyületekkel védekezik a külső fertőzéssel szemben. Az ilyen típusú növényi anyagokat fitoalexineknek nevezzük, melyek egyik igen hatékony csoportját az izoflavonoidok közé tartozó pterokarpánok alkotják. A (+)-maackiain e vegyületcsalád jellegzetes és hatékony képviselője, hüvelyes fák gesztjében és zöldségfélékben (pl. zöldborsóban) található, valamint számos fitoalexin prekurzora.

A flavonoidok gyógyászati alkalmazására elsőként Szent-Györgyi Albert hívta fel a figyelmet a C-vitamin felfedezése (1933) kapcsán. Kutatási eredményei szerint a skorbutban szenvedő kísérleti állatok hajszálereinek sérülékenysége okozta vérzékenységet, a kristályos C-vitamin kevésbé csökkenti, mint ugyanennyi C-vitamint tartalmazó citromlé vagy paprika présnedve. A citromléből kísérleti úton elkülönített sárga kristályos anyag, a citrin a kísérleti állatok hajszálereinek permeabilitását csökkentette, és ezért ezt az anyagot P-vitaminnak nevezték el. A kémiai vizsgálatok szerint (Bruckner, Szent-Györgyi, 1936) a citrin nem egységes termék, hanem a flavanonok családjába tartozó heszperidin és eriodiktiol keveréke.

A P-vitamin élettani hatását számos más flavonoid is mutatja, így például a japán akác (Sophora japonica) bimbójából nyerhető flavanol glikozid, a ® rutin, valamint e vegyület aglikonja a kvercetin is. Gyógyászati célokra használatos a rutin és a C-vitamin keveréke, a Rutascorbin , amely a hazai gyógyszeripar gyártmányfejlesztési terméke. 100

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A flavonoidok hajszálerek permeabilitását szabályzó hatása e vegyületek szabadgyökfogó, antioxidáns tulajdonságának köszönhető. A flavonoidok képesek a reaktív oxigén-intermediereket [ROS: szuperoxid gyök-anion

hidroxil-

és peroxid-

gyökök, valamint szingulett oxigén

in vivo körülmények között is hatékonyan befogni. Minthogy a szabadgyökök a sejtmembránok felépítésében résztvevő többszörösen telítetlen zsírsavakat oxidatíve károsítják, így közömbösítésük a sejtmembrán épségének megőrzése szempontjából rendkívül fontos. A zsírsavak oxidációja autokatalitikus folyamat. Az első lépésben a többszörösen telítetlen zsírsavakból (pl. arachidonsav) az 5-ciklooxigenáz enzim hatására a kettős kötések közötti hidrogén lehasadásával a megfelelő „allilgyök” (pl. C-7 arachidonil-gyök) keletkezik, melynek regenerálódását a polifenolok (pl. flavonoidok) és a C-vitamin a következő módon segítik elő:

Az antioxidáns flavonoidok fellelhetők a legtöbb növényi eredetű élelmiszerben, és jótékony hatásukkal magyarázható francia paradoxon néven ismert megfigyelés, amely szerint Franciaország szőlőben gazdag vidékein (Burgundia és Bordeaux környéke) a koleszterindús étkezési szokások ellenére jelentősen ritkább a szívkoszorúér megbetegedés, mint Európa más országaiban. Az epidemiológiai vizsgálatok egyértelműen kimutatták, hogy ez a jelenség a rendszeres vörösbor és saláta fogyasztásának köszönhető. Ily módon ugyanis nap mint nap jelentős mennyiségű C-vitamin és flavonoid jut a szervezetbe, melyek szabadgyökfogó antioxidáns hatásuk révén megakadályozzák a reaktív oxigénintermedierek sejtmembránkárosító hatását. A növényi eredetű táplálékainkkal kerül be a szervezetünkbe az E-vitamin vagy más néven az α-tokoferol is. Ε zsírban oldódó vitamin szerkezetét tekintve hidrokinon struktúrájú krománszármazék, melynek az izoprénelv szerint felépülő oldalláncában a kiralitáscent-rumok (R)-konfigurációjúak.

101


Helytelen táplálkozás során hiánya a reprodukciós képesség csökkenését, valamint izomsorvadást okoz. Erős antioxidáns hatású (mivel belőle ● ● ● stabilis gyök képződik), így a szabadgyököket (pl. O2, OH, L , LOO ahol L = lipid) az alábbi módon redukálja.

A reakció első lépésében az α-tokoferol hidrogénatomot veszít, mely hidrogénatom lezárja a többszörösen telítetlen zsírsavak ROS-ek által kiváltott oxidációját. Az így keletkezett α-tokoferilgyök a kromángyűrű felnyílása után vízzel reagálva α-tokoferol-kinonná alakul. Nem csupán az α-tokoferol ismert. Például, a növényi olajokban nagy mennyiségben fordul elő a β-, γ- és a δ-tokoferol (13.5. táblázat) is, melyek az aromás gyűrűn lévő metilcsoportok számában különböznek egymástól, a terpenoid jellegű fitil oldallánc mindegyikben megtalálható. Bennük a metilcsoportok helyzete és száma a hidrokinonnak megfelelő forma elektródpotenciálját befolyásolja, és ezáltal e származékok redukálóképessége különböző.

102


13.5. táblázat - Tokoferolok szerkezete és előfordulása

Név

R

α-tokoferol

1

2

3

R

R

Előfordulás

Me

Me

Me

búza

β-tokoferol

Me

H

Me

búza

γ-tokoferol

H

Me

Me

kukorica

δ-tokoferol

H

H

Me

szójabab

A máriatövisből (Silybum marianum) izolált szilibin májvédő hatása mindenekelőtt a máj-sejtregeneráció elősegítését jelenti, ám ezentúl hatékony antioxidáns és szabadgyökfogó tulajdonsága is kedvező. Bioszintézise (+)-taxifolinból [(+)-2R,3R-dihidrokvercetin] és koniferil-alkoholból peroxidáz enzim által katalizált reakcióban valósul meg, a szintén májvédő hatású regioizomerjének, az (+)-izoszilibinnek a keletkezése mellett. Ε vegyületek ® a Legalon néven forgalomban lévő májvédőszer fő hatóanyagai.

103


A szilibin és izoszilibin típusú flavonoidokat flavanolignánoknak is nevezik, mivel hasonlóan a növények elfásodott szöveteit alkotó ligninhez (latinul lignum = fa) e vegyületek is koniferil-alkoholból keletkeznek. Növényi eredetű táplálékaink, – elsősorban a szójatartalmú élelmiszerek-jelentős mennyiségben tartalmaznak izoflavonoidokat is. Minthogy e vegyületek képesek az ösztradiolt kiszorítani az ösztrogén receptorokról, ezért in vivo ösztrogenitást mutatnak. Legismertebb képviselőiket a 13.6. táblázat foglalja össze.

13.6. táblázat - Néhány természetes izoflavon

Név

R

1

R

2

R

3

Előfordulás 104

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK daidzein

H

H

OH

Soja hispida

daidzin

H

β-d-Glü

OH

Soja hispida

formononetin

H

β-d-Glü

OMe

Trifolium pratense

ononin

H

β-d-Glü

OMe

Ononis spinosa

genisztein

OH

H

OH

Genista tinctoria

genisztin

OH

β-d-Glü

OH

Soja hispida

szoforikozid

OH

H

β-d-Glü

Sophora japonica

A természetes eredetű izoflavonok ösztrogén hatása a sztereoid ösztrogén hormonokhoz viszonyítva igen gyenge, mégis a tapasztalatok szerint, a szójatartalmú élelmiszerek rendszeres fogyasztása enyhíti a klimateriális panaszokat (pl. hőhullám). Emellett e vegyületek kedvezően befolyásolják a lipidháztartást is, ami az összkoleszterin és LDL-koleszterin, illetve a trigliceridszintek csökkenését, valamint a HDL-koleszterinszint emelkedését jelenti. Tudományos vizsgálatok szerint az ösztrogénaktivitás erősen szubsztituensfüggő, a 7-hidroxiizoflavon-származékok már nem mutatnak ilyen hatást, ugyanakkor kedvezően befolyásolják a csontszövet kalciumtartalmának időbeni változását. Ez a felismerés az alapja a magyar-japán együttműködés ® keretében kifejlesztett első orális csontritkulás (oszteoporózis) elleni szernek (Osteochin ), melynek hatóanyaga a 7-izopropiloxiizoflavon.

Alkaloidok Azokat a nitrogéntartalmú növényi bázisokat, amelyeknek pontosan körülírt fiziológiás hatásuk van, alkaloidoknak nevezzük. Az alkaloidok különböző vegyületcsaládokba tartozhatnak, mivel nincs egységes szerkezetük. Az első alkaloidot 1805-ben Sertürner izolálta ópiumból, és biológiai hatására utalva morfinnak (Morpheus az álom istene) nevezte el. A növények közül elsősorban a kétszikűek osztályába tartozók tartalmaznak alkaloidokat, de ismerünk alkaloidtermelő gombát (pl. Claviceps purpurea), valamint állatot (pl. Coccinelidae-félék) is.

105

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Az alkaloidok a növényekben nem szabad állapotban, hanem valamilyen szerves savval (pl. tejsavval, oxálsavval, borkősavval stb.) képzett sóik formájában fordulnak elő. A tiszta alkaloidbázis kinyerését legtöbbször úgy valósítják meg, hogy a növény vizes vagy híg savas extrakcióját követően a kivonatot meglúgosítják, s az így felszabadított bázist szerves oldószerrel (pl. éterrel, metilén-kloriddal, toluollal) extrahálják. A legtöbb alkaloid királis vegyület és a növényekben általában csak az egyik enantiomer található, bár gyakran előfordul, hogy az izolálás során racemizáció következik be. A ma ismert alkaloidok száma több, mint tízezer, közülük több vegyületet vagy azok módosított származékait a gyógyászatban is hasznosítják.

Alkaloidok csoportosítása és legfontosabb képviselői Az alkaloidok – miként említettük – egymástól nagyon különböző vegyületek lehetnek, ezért csoportosításuk többféle módon történhet. Bioszintézisük ismerete alapján megkülönböztethetünk aminosavakból képződő egyszerű felépítésű alkaloidokat ún. protoalkaloidokat, ezek általában aminok és savamidok (pl. meszkalin, piperin), illetve nem aminosav eredetű nitrogént tartalmazókat (pl. szteroid alkaloidokat) ún. pszeudoalkaloidokat, továbbá ún. valódi alkaloidokat, melyek ugyancsak aminosavakból képződnek, azonban bioszintézisük folyamán az aminosav nitrogénje mindig új heterociklus részévé válik. Az alkaloidok feloszthatók eredetük szerint is, azaz növénycsaládok alapján (pl. mákalkaloidok, dohányalkaloidok stb.) vagy gyűrűs szerkezetüknek megfelelően (pl. pirrolidinvázas, kinolinvázas, indolvázas alkaloidok). Az utóbbi időben szokás bioszintézisük kiinduló aminokarbonsav komponense szerint elvégezni a besorolást (pl. ornitin, lizin, fenilalanin, tirozin, triptofán, hisztidin, nikotinsav, antranilsav alapú alkaloidok). Az alábbiakban ez utóbbi csoportosítást követve ismertetünk néhány fontosabb alkaloidot.

Ornitinből képződő alkaloidok Ornitinből egyaránt képződhet nikotin, atropin vagy kokain. Az ornitinből képződő gyűrűs Schiff-bázis metilezésével olyan iminiumion képződik, amely aromás SE-reakcióval nikotinná alakulhat, illetve acetecetsavval történő Mannich-kondenzációja tropánvázas vegyületekhez vezet.

106


A nikotin, mint a dohány (Nicotiana tabacum) főalkaloidja nagyon toxikus, magas forráspontú, vízgőzzel illékony folyadék. Kis dózisban élénkítő hatású. Az atropin többek között a maszlagos nadragulya (Atropa belladonna) hatóanyaga, ugyancsak toxikus, a szemészetben pupillatágító hatása miatt alkalmazzák. A koka cserje (Erythroxylon coca) hatóanyaga a kokain, veszélyes kábítószer, de a gyógyászatban is alkalmazták, mint helyi érzéstelenítőt.

Lizinből képződő alkaloidok Az ornitinből kiinduló bioszintézishez hasonló módon lizinből piperidingyűrűs alkaloidok képződhetnek. A piperin a feketebors (Piper nigrum) protoalkaloidja. A növényben a piperin geometriai izomerje, az erősebben csípős ízű kavicin is megtalálható, melyben mindkét kettős kötés Zkonfigurációban van. 107

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK Az anabazin a dohány (Nicotiana tabacum) mellékalkaloidja, amit első ízben Anabasis nemzetséghez tartozó növényekből izolálták. Már az ókorban is használták bélférgesség ellen a gránátalmafa (Punica granatum) kivonatát, melynek a pelletierin a hatóanyaga.

Fenilalaninból és tirozinból képződő alkaloidok Fenilalaninból és tirozinból az egyszerűbb felépítésű protoalkaloidok (pl. efedrin, meszkalin) mellett bonyolult szerkezetű izokinolingyűrűs alkaloidok is képződnek. Az efedrin egy ősi gyógynövényben, a csikófarkban (Ephedra vulgáris) fordul elő, és érszűkítő, valamint görcsoldó hatása miatt orrcseppekben alkalmazzák. A meszkalin Mexikóban honos kaktuszfaj (Anhalonium lewinii) hallucinogén hatóanyaga.

A mákfélék (Papaveraceae) családjába tartozó növényekben a tirozinból többféle vázrendszer alakulhat ki, melyek többsége izokinolingyűrűt tartalmaz. A bioszintézis kulcsintermedierje a dopamin és a p-hidroxifenil-acetaldehid Mannich-kondenzációjával keletkező (S)-norkoklaurin, amely több lépésben (R)-retikulinná alakul.

108


A retikulinból közvetlenül képződnek a benzilizokinolinvázas alkaloidok, illetve a fenolos gyűrűk oxidatív kapcsolódásával és más vázátrendeződésekkel többek között morfinánvázas, aporfinvázas, protoberberinvázas, benzofenantridinvázas, röadinvázas és ftalidizokinolinvázas alkaloidok képződhetnek. A máknövényből (Papaver somniferum) több mint 40-féle alkaloidot izoláltak, és ezek között valamennyi felsorolt vázrendszerrel találkozhatunk (l. következő oldalon). A máknövény benzilizokinolinvázas alkaloidjai közül a gyógyászatban a papaverin és származékai, mint simaizomgörcsoldók kerülnek alkalmazásra. A hazai gyógyszeripar nagy mennyiségben állított elő szintetikusan papaverint – az eljárás kulcslépése a megfelelően szubsztituált acilezett βfeniletilamin Bischler-Napieralski-féle gyűrűzárása, amely kloroformos oldatban foszforil-kloriddal valósítható meg (Földi, 1930).

109


110


®

No-Spa néven kerül napjainkban is forgalomba a papaverin 3,4-dihidroszármazéka, melyben a négy metoxicsoport helyett etoxicsoportok találhatók. A máknövény főalkaloidját, a morfinánvázas morfint 1930-ig kizárólag az éretlen máktok bemetszésekor kifolyó tejnedvből, az ún. ópiumból nyerték ki, de azt követően Kabay János magyar gyógyszerésznek köszönhetően, a kicsépelt száraz máktok és mákszalma lett a fontos gyógyszer előállításának alapanyaga. A morfin káros mellékhatásai (hozzászokás, eufória stb.) ellenére a mai gyógyászatnak is nélkülözhetetlen fájdalomcsillapítója. A morfin tömény savas (HCl, H3PO4, CH3SO2OH) közegben történő hevítése vízvesztéssel járó morfinán → aporfin vázátrendeződéshez vezet. A képződő apomorfint korábban hánytatószerként alkalmazták, a legutóbbi időben azonban az impotencia gyógyszereként került forgalomba. 111


A kodein gyenge fájdalomcsillapító hatású köhögéscsillapító. A tebain jelentéktelen analgetikus hatása miatt közvetlenül nem használható gyógyszerként, de számos félszintetikus készítményt lehet belőle előállítani, például a kábítószerbetegek gyógykezelésére alkalmas naloxont és a buprenorfint.

A máknövény jelentős mennyiségben tartalmazza a ftalidizokinolinvázas narkotint. A vegyületnek kodeinhez hasonló biológiai hatása van. A vérehulló fecskefüvet (Chelidonium majus) a népi gyógyászat a szemölcs eltávolítására használta. Alkaloidja a benzofenantridinvázas kelidonin citotoxikus hatású. A pipacs (Papaver rhoeas) forrázatát szemborogatásra használták, hatóanyaga a benzazepin gyűrűt tartalmazó röadin fokozza a szem belső nyomását. A keleti mák (Papaver orientale) aporfinvázas főalkaloidja az izotebain. A berberin legnagyobb mennyiségben a sóskaborbolyában (Berberis vulgaris) fordul elő. Biológiai hatása igen széles körű, többek között antibakteriális és citotoxikus hatást is mutat. A berberin szerkezetére jellemző, hogy a nitrogénatommal szomszédos hidroxilcsoport jelenléte miatt az ún. pszeudobázisok tulajdonságát mutatja. Kristályos formában pszeudobázis alak a jellemző, poláris oldószerben viszont az ionos bázisforma is megtalálható. 112


A buzérfélék (Rubiaceae) családjába tartozó hánytatógyökér (Cephaelis ipecacuanha) vizes kivonatát régóta használják köptetőszerként és a vérhas gyógyítására. Hatóanyaga a benzo-kinolizidin gyűrűt tartalmazó emetin a növényben 2 molekula tirozinból és a szekologanin nevű monoterpénglikozidból keletkezik Mannich-kondenzációval.

113


Triptofánból képződő alkaloidok A ma ismert alkaloidok többsége indolvázat tartalmaz és triptofánból képződik. A vegyületek nagy száma annak köszönhető, hogy a triptofán és a már említett emetin bioszintézisében is szerepet játszó monoterpénglikozid, a szekologanin Mannich-kondenzációjával egy olyan intermedier jön létre, amelyből további gyűrűzáródásokkal és vázátrendeződésekkel igen változatos módon alakulhatnak ki új gyűrűrendszerek. A növények közül különösen a tárnicsvirágúak (Gentianales) rendjébe sorolható télizöldfélék (Apocynaceae), a sztrichnin-fafélék (Loganiaceae) és a buzérfélék (Rubiaceae) családjába tartozó növények termelnek monoterpén-indol-alkaloidokat (l. következő oldalon). A kinint a kínafa (Cinchona succirubra) kérgéből izolálják, és évente közel 1 millió kilogrammot használnak fel belőle a maláriás betegek kezelésére. A sztrichnin erősen toxikus vegyület, a sztrichnindió (Strychnos nux vomica) (ebvészmag) egyik alkaloidja. Szerves savakkal jól kristályosodó sókat képez, ezért racém savak elválasztására lehet felhasználni. A kongói johimbefa (Coryanthe yohimbe) kérgét afrodiziákumként használták. Hatóanyaga ajohimbin a fehér kvebracsófa (Aspidosperma quebrachoblanco) kérgében is megtalálható. A télizöldfélék családjába tartozó kis télizöld (Vinca minor) fő alkaloidja a vinkamin. Vérnyomáscsökkentő hatású, a gyógyászatban egyik származéka az etil-apovinkaminát ®

(Cavinton ) az agyi vérkeringést javító szerként kerül forgalomba, ami a hazai gyógyszeripar egyik legsikeresebb, eredeti készítménye.

114


Ugyancsak említésre érdemes a daganatellenes szerként alkalmazott biszindolalkaloid, a vinkrisztin, mely a rózsameténg (Catharanthus roseus, régebbi nevén a Vinca rosea) hatóanyaga. A növényben mindössze 0,005%-ban található a dimer alkaloid, amely az ibogánvázas katarantin és az aszpidospermánvázas vindolin bioszintetikus összekapcsolódásával képződik. A vegyület iránti növekvő igényt a gyógyszeripar a monomerek szintetikus előállításával és összekapcsolásával elégíti ki.

115


A triptofánból egy izoprénegység, valamint különféle aminosavak beépülésével képződnek az ún. anyarozsalkaloidok. Az anyarozs (Secale comutum) a Claviceps purpurea nevű gomba által okozott fertőzés a gabonaszemeken. Szokás a vegyületeket az anyarozs angol és francia neve az ergot után ergotalkaloidoknak is nevezni. Az anyarozsból több mint 30 alkaloidot izoláltak, ezek között több sztereoizomerpár is található. A vegyületek többsége vagy savamid- (pl. az ergometrin), vagy peptidszerkezetű (pl. az ergotamin). A vegyületek erélyes lúgos hidrolízisének közös lebontási terméke a lizergsav, vagy annak C-8 epimere, az izolizergsav. Az anyarozsban található epimerpárok közül csak a lizergsavszármazékok mutatnak élettani hatást. Így például, a méhizomzatra kifejtett összehúzó hatásuk miatt a szülések utáni vérzések csillapítására használják. A lizergsav dietilamidja az LSD szintetikus termék, amely erős hallucinogén hatású.

116


Antibiotikumok A mikroorganizmusok szimbiózisa régóta ismeretes, melynek során kiválasztott anyagcseretermékeik által a mikroorganizmusok elősegítik egymás életműködését. Az ellentétes folyamatot antibiózisnak nevezzük. A klasszikus megfogalmazás szerint (Ward 1889, Waksman 1944) az antibiotikum elnevezést olyan, többnyire mikroorganizmusok által termelt anyagokra vonatkoztatva használjuk, melyek gátolják más, hasonló szervezetek szaporodását vagy elpusztítják azokat. Az antibiotikumok szerkezete nagyon változatos képet mutat. Funkciós csoportjaik, valamint gyűrűrendszerük alapján az alábbi csoportokba sorolhatók: – β-laktám antibiotikumok: penicillinek, kefalosporinok, monobaktámok, 117

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK – aminosav, peptid típusú antibiotikumok, – glikozid típusú antibiotikumok: aminoglikozidok, nem polién makrolidok, polién makrolidok, – policiklusos antibiotikumok, – spirociklusos antibiotikumok. Ε vegyületcsaládnak a gyógyászatban rendkívül fontos szerepe van, amit az is mutat, hogy napjainkban a világ gyógyszerforgalmának közel 30%-át az antibiotikumok teszik ki. A forgalomban lévő antibiotikumok mintegy 60%-a β-laktámgyűrűt tartalmaz, amely más heterociklussal vagy karbociklussal alkothat kondenzált gyűrűrendszert.

β-Laktám antibiotikumok A β-laktám antibiotikumok közös szerkezeti elemükről, a négytagú gyűrűs savamidról kapták nevüket. A β-laktámgyűrű szisztematikus neve: azetidin-2-on, mely a penicillinek esetében 4,5-dihidro-tiazollal, míg kefalosporinoknál 5,6-dihidrotiazinnal kondenzált formában található. Az előbbi esetben penámvázról, az utóbbiban pedig kefámvázról beszélünk.

A heterociklusos vegyületek nevezéktanát a β-laktám antibiotikumok esetében ritkán alkalmazzák. Helyette a penámvázat 1-tia-heptámnak, a kefámvázat pedig 1-tia-oktámnak nevezik.

Penicillinek A gyógyászatban elsőként alkalmazott antibiotikum a penicillin volt, melynek antibiotikus hatását 1929-ben Fleming a Penicillium notatum penészgombával végzett kísérletei közben figyelte meg. A gomba által termelt hatóanyag, a penicillin izolálása nagy nehézségekbe ütközött, és ez jelentősen hátráltatta e vegyületnek gyógyszerré történő kifejlesztését. A nehézséget az okozta, hogy a penicillin nagyon érzékeny savas és lúgos behatásokra, sőt már vizes közegben szobahőmérsékleten is hidrolitikus bomlást szenved, ami a tiazolidingyűrű és különösen a β-laktámgyűrű reaktivitásával függ össze.

118


13.11. ábra - Fontosabb penicillinszármazékok

A penicillin savas jellegű vegyület és ennek köszönhető, hogy sikerült Na-só formájában izolálni. A bomlástermékek vizsgálatából kiderült, hogy a penészgomba egyidejűleg különféle penicillineket termel, melyek egymástól az ábrán feltüntetett R-csoportjukban térnek el (13.11. ábra). Ennek megfelelően az elnevezésben az egyes penicillineket a csoport neve szerint különböztetjük meg egymástól. A Gram-pozitív baktériumok szaporodását gátló természetes penicillinek gyógyászati felhasználását korlátozza, hogy a baktériumok által termelt β-laktamáz (penicilliáz) enzim felnyitja a penicillin β-laktámgyűrűjét, ezáltal az antibiotikum elveszti hatását, így a baktériumok az antibiotikummal szemben rezisztenssé válnak.

Ez a gyógyászati szempontból kedvezőtlen tulajdonság csökkenthető azáltal, hogy az acil-amino-oldallánc acilcsoportját (R–CO) változtatjuk. A penicillinszármazékok hatásukat a baktériumok sejtfalszintézisének gátlásával fejtik ki. Ugyanis a sejtfal kialakulásának kulcslépése a glikopeptidláncok közötti peptid típusú keresztkötések létrejötte. Ezt gátolják a penicillinek azáltal, hogy a peptidkötés kialakulásához szükséges aminocsoportot β-laktámgyűrűjük felnyílása közben acilezik.

119


A penicillinek előállítása Bioszintetikus (fermentációs) eljárás A természetes penicillineket biotechnológiai úton, mélykultúrás tenyészetben fermentációval állítják elő. Ipari termelésre legalkalmasabbnak bizonyult a Penicillium chrysogenum penészgomba, melynek táptalajához adagolt karbonsavakkal (prekurzorokkal) befolyásolni lehet a bioszintézis irányát, azaz változtatni tudjuk az R-csoportot (13.9. ábra). A prekurzorokat a gomba felhasználja a bioszintézis során – így például fenilecetsav-adagolással a G-penicillin, míg például fenoxiecetsav hozzáadásával a V-penicillin termelése fokozódik.

Félszintetikus penicillinek előállítása A szintetikus penicillinek alkalmazhatóságát bomlékonyságuk és a kórokozókban kialakuló rezisztencia korlátozza. Ezeket a hátrányokat a félszintetikus penicillinek előállításával lehet csökkenteni. A módszer lényege az, hogy a G-penicillinből a penicillin-aciláz enzim felhasználásával fermentációs technikával 6-aminopenicillánsavat (6-APS) állítanak elő, majd ehhez kémiai eljárásokkal olyan oldalláncokat kapcsolnak, melyek a β-laktámgyűrű β-laktamáz enzimekkel szembeni ellenállóképességét fokozzák. Ezen oldalláncok beépítését azonban bioszintetikusán nem lehet megoldani.

Így például, a 6-aminopenicillánsavból (6-APS-ból) kiindulva és más acilezőszerként 3-(2-klórfenil)-5-metilizoxazol-4-karbonilkloridot használva a βlaktamáz stabil, saválló és jól felszívódó származékát, a kloxacillint nyerték.

120


Kefalosporinok Elsőként Brotzu (1945) figyelt fel arra, hogy a Cephalosporium acremonium nevű gomba antibiotikus hatású anyagot termel. Az ötvenes években több hatóanyagot is sikerült izolálni, melyek közül a kefalosporin-C volt az egyik legjelentősebb.

Az 1-tia-okt-3-em vázat tartalmazó kefalosporin-C antibiotikus hatása jóllehet gyengébb, mint a penicillineké, de a β-laktámgyűrűt hasító penicillináz enzimmel szemben viszont sokkal ellenállóbb. Ezt a stabilitást jól érzékelteti az a tény, hogy a kefalosporin-C oldallánca kémiai módszerekkel le is hasítható, így egyszerűen nyerhető a félszintetikus kefalosporin előállításának alapvegyülete a 7-aminokefalosporánsav (7-ACS) és a 7-amino-3dezacetoxi-kefalosporánsav (7-ADCS).

121


Félszintetikus kefalosporinok A 7-ACS és 7-ADCS-ből kiindulva különféle acilezési módszerekkel hatékony és előnyös tulajdonságú félszintetikus kefalosporinokat állítanak elő. A kefalosporinok β-laktám-gyűrűjének stabilitása lehetővé teszi olyan szájon át szedhető, gyomorból felszívódó készítmények – például a cefamandol – előállítását, melyek ellenállnak a β-laktamáz enzimnek is.

Monociklusos β-laktámok (monobaktámok) A monobaktámok abban különböznek az előzőekben tárgyalt antibiotikumoktól, hogy vázrendszerük monociklusként tartalmazza a β-laktámgyűrűt és nem gombák, hanem baktériumok anyagcseretermékeiként képződnek. Ε vegyületek további jellegzetessége, hogy az azetidin-2-on gyűrű nitrogénjéhez szulfonsavcsoport kapcsolódik. Az aztreonam nevű szintetikus készítmény a Gram-negatív baktériumok ellen hatékony.

122


Aminosav és peptid típusú antibiotikumok A streptomyces gombafajok anyagcseretermékei közül izolálták 1955-ben a cikloszerint (oxamycint), ami TBC-ellenes hatású. A cikloszerin izoxazolidongyűrűt tartalmaz, amely lúggal szemben nem érzékeny, de savas hidrolízissel szerinre és hidroxilaminra bomlik.

®

Szintén a streptomyces fajok anyagcseretermékeiből izolálták 1947-ben a klóramfenikolt, amit Chlorocid néven a szemészetben és bőrgyógyászatban gyulladáscsökkentőként alkalmaznak. Ez volt az első olyan antibiotikum, amit szintetikusan gyártottak. A vegyület a nor- Ψ-efedrin származékának tekinthető, és a természetben előforduló vegyületeknél szokatlan módon nitrocsoportot tartalmaz.

A peptid típusú antibiotikumok egyik fontos képviselője az immunszupresszív hatású cikloszporin-A, ami egy talajgomba anyagcsereterméke. A makrociklusos peptidet 11 aminosav építi fel.

123


Glikozid típusú antibiotikumok Több olyan antibiotikus hatású természetes anyagot ismerünk, amely egy vagy több szénhidrátmolekulát is tartalmaz.

Aminoglikozidok A glikozid típusú antibiotikumok cukorkomponense egy vagy több aminocsoportot is tartalmazhat. Az ilyen vegyületeket cikliteknek is szokás nevezni, egyik fontos képviselőjük a TBC-terápiában alkalmazott sztreptomicin. Ε vegyületben a sztreptidin nevű ciklohexánvázas aglikon a sztreptobiózaminnal α-glikozidos kötéssel kapcsolódik össze, amely az aminoglikozidok esetében igen gyakori. A diszacharid mindkét cukorkomponense az L-sorozatba tartozik.

124


Nem polién makrolid antibiotikumok A glikozid típusú antibiotikumok aglikonja tartalmazhat makrociklusos laktongyűrűt. Ezeket a vegyületeket makrolid antibiotikumoknak nevezzük. A nem polién makrolidok jelentős képviselője az eritromicin-A. Ε vegyület aglikonját eritronolid-A-nak nevezik, amelyhez β-glikozidos kötéssel kapcsolódik a D-dezózamin és az L-kladinóz.

Az eritromicin-A savérzékenységét és más kedvezőtlen tulajdonságát a vegyület kémiai módosításával sikerült kiküszöbölni. Az így nyert félszintetikus eritromicinszármazékok Gram-pozitív és -negatív baktériumok ellen egyaránt hatékonyak. 125


Polién makrolid antibiotikumok Streptomyces törzsek anyagcseretermékeiből gombás fertőzések kezelésére alkalmas vegyületeket is izoláltak. Ezek közé tartozik a nisztatin. A vegyület aglikonja egy 38-tagú makro-lakton (nisztatinolid), amely a konjugált polién mellett egy gyűrűs ketál szerkezeti egységet is tartalmaz. A szénhidrátkomponens a D-mikózamin.

Policiklusos antibiotikumok A policiklusos antibiotikumok alapvázát négy lineárisan kondenzált, többszörösen szubsztituált és részlegesen hidrált aromás gyűrű alkotja. A kondenzált gyűrűrendszerhez kapcsolódhat szénhidrát is, az ilyen típusú vegyületeket antraciklin-glikozid antibiotikumoknak nevezzük. Ezek a glikozidok figyelemreméltó rákellenes hatásúak. Legismertebb képviselőjük a daunomicin (daunorubicin), melyben a tetraciklusos aglikonhoz az Ldaunózamin nevű cukor kapcsolódik.

126

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK ®

A nem glikozid típusú tetraciklusos antibiotikumokat tetraciklineknek nevezzük. A gyógyászatban alkalmazott 5-oxitetraciklint (Tetran ) streptomyces törzsből izolálták.

A tetraciklinek amfoter vegyületek, erős savakkal és bázisokkal egyaránt kristályos sókat képeznek.

Spirociklusos antibiotikumok Gombaellenes hatású antibiotikum a Penicillium grizeofulvum által termelt grizeofulvin, amely grizánvázas vegyület. A spiroszerkezet azáltal valósul meg, hogy a molekula 3-kumara-nongyűrűt tartalmaz, amelynek 2-helyzetű szénatomjához egy további gyűrű kapcsolódik. A grizeofulvin szerkezeti különlegessége, hogy aromás gyűrűjéhez klóratom is kapcsolódik. Klórtartalmú szerves vegyületek viszont igen ritkák a természetben. A molekula alapvázának, a grizánnak első szintézise magyar kutatók nevéhez kapcsolódik.

Porfinvázas vegyületek Az élő szervezetekre jellemző kémiai átalakulások két kiemelkedő fontosságú folyamata a porfinvázas vegyületekhez kapcsolódik. Az egyik a zöld növények szén-dioxid-asszimilációja, a másik az állati szervezetekben végbemenő biológiai oxidáció. A zöld növényekben a szerves anyagok képződése a klorofill (levélzöld) fényabszorpciója során, azaz a Nap sugárzó energiájának a felhasználásával megy végbe. 127

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A biológiai oxidáció folyamán a gerincesek vörös vértestjeiben lévő hemoglobin a légzőszervekben megköti a levegő oxigénjét és elszállítja a vérárammal a sejtekhez, ahol biológiai égés zajlik. A gerinctelen szervezetekben az oxigén felvételét és szállítását az eritrokruorinok végzik. Az oxigén megkötésére és továbbítására a gerincesek és gerinctelenek izomsejtjeiben egyaránt előforduló mioglobin is képes. A biológiai oxidációt lezáró terminális oxidációban a citokrómok játszanak fontos szerepet, melyek minden aerob szervezetben megtalálhatók. Ugyancsak minden szervezetben előfordul a kataláz és peroxidáz enzim, az előbbi az oxidációs folyamatokban képződő és a szervezetre káros hidrogén-peroxid bomlását segíti, az utóbbi az aminok és fenolok oxidációját katalizálja. A fentiekben felsorolt életfontosságú anyagok valamennyien porfinvázat tartalmaznak. A klorofill kivételével olyan összetett fehérjék (kromoproteidek), amelyekben a molekula nemfehérje jellegű része (prosztetikus csoportja) a porfinváz. A porfinváz olyan makrociklusos rendszer, melyben négy pirrol kapcsolódik össze. A klorofill esetében az egyik pirrolgyűrű részlegesen telített, így 7,8-dihidro-porfinváz építi fel, amit klorinváznak nevezünk. A porfinvázas vegyületek oxidatív lebomlásának a termékei az epefestékek, melyek a bélrendszeren keresztül ürülnek ki a szervezetből. Ugyancsak emlékeztet a porfinvázra az élettanilag igen fontos B12-vitamin, melyben korrinváz található.

Porfin A porfin nagyon stabil sötétvörös kristályos vegyület, mely 360 °C-ig hevítve sem olvad meg. Két tautomer formában létezik, melyek nem különíthetők el egymástól, mivel az izomerek gyorsan és folyamatosan egymásba alakulnak.

128

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A porfin stabilitása jól értelmezhető szerkezetével, ugyanis a molekula koplanáris, melyben a kettős kötések folytonos konjugációban vannak. A porfin 26 π-elektronja kielégíti a Hückel-szabályt, tehát aromás vegyületnek tekinthető. A molekulában két savas és két bázikus nitrogén található, és ennek megfelelően savban és lúgban egyaránt oldható. A vegyületből képzett kation vagy anion töltései egyenletesen oszlanak el mind a négy nitrogénatomon. A porfin fémekkel stabil sókat képez, a vas(II)-sóit hemeknek, a vas(III)-sóit pedig hemineknek nevezzük. Ezek a vegyületek az ionos szerkezetű, koordinatíve telítetlen vaskomplexsók csoportjába tartoznak.

Hemoglobin A hemoglobin a gerincesek vörös vértestjeiben lévő összetett fehérje (kromoproteid). Oxigénszállító szerepét régen felismerték és már 1862-ben kristályosan el is tudták különíteni. A hemoglobin fehérjementes része egy szubsztituált porfinvázas vegyület a porfinn vas(II)-komplexe. A hem totálszintézisét és ezzel szerkezetének felderítését H. Fischer (1929) valósította meg. A fehérjerész hisztidinnitrogénje a porfinváz síkjára merőleges irányból koordinatíve kapcsolódik a központi vas(II)-atomhoz. Ezzel ellentétes oldalról a vas(II)-atom egy oxigénmolekulát képes megkötni. Az oxigéntartalmú fehérjét oxihemoglobinnak nevezzük.

129

TERMÉSZETES VEGYÜLETEK A hemoglobin szekunder, tercier, illetve kvaterner szerkezetét Perutz (1960) derítette fel röntgendiffrakciós vizsgálatokkal. A közel 68 000 molekulatömegű globuláris fehérjében négy 17 000 molekulatömegű kromoproteid egység kapcsolódik össze. A négy alegységet aminosavsorrendje alapján két-két azonos polipeptidlánc (α- és β-lánc) építi fel és mindegyikhez kapcsolódik hem.

Epefestékek Az epefestékek szerkezetileg és genetikusan szorosan összefüggnek a porfinvázas vegyületekkel. A hemoglobin hemjének természetes lebomlási termékei, melyek vasmentesek, és már nem tartalmaznak porfinvázat. Az oxidatív lebomlás főként a májban megy végbe. A hemoglobin hemjéből először biliverdin képződik, ami enzimes redukcióval bilirubinná alakul. A bilirubin tovább bomlik egyéb pirrolvázas vegyületekké, majd kiürül a szervezetből.

130


Klorofill A klorofill a Nap sugárzó energiáját abszorbeálja és közvetíti a növényi sejtek energiát igénylő szintetikus folyamatai számára. A klorofill viaszállományú, rendkívül érzékeny vegyület, ami már enyhe behatásra (levegő, fény, savak, lúgok stb.) is irreverzíbilis változást mutat. A klorofillt Willstatter (1904–1913) különítette el először tisztán és megállapította, hogy két hasonló szerkezetű anyag keveréke. A két vegyület, a klorofill-a és a klorofill-b csak a 3-helyzetű szénatom szubsztituensében különböznek. A 7,8-dihidro-porfinváz komplex kötésű magnéziumot tartalmaz. A gyűrű oldalláncában lévő egyik karboxilcsoportot egy diterpénalkohol, a fitil-alkohol észteresíti.

B12-vitamin A B12-vitamin hiánya vészes vérszegénységet okoz. A betegség kezelésére korábban máj kivonatot használtak, de a tiszta hatóanyagot a sztreptomicin gyártás során visszamaradó anyalúgból izolálták (Folkers, 1948). A B12-vitamin sötétvörös kristályos vegyület, optikailag aktív – vizes oldata balra forgató. Szerkezetét röntgendiffrakciós módszerekkel 1957-ben tisztázták, amit 1971-ben totálszintézissel igazoltak (Woodward). A B12-vitamint szerkezete alapján cianokobalaminnek nevezték el. A korrinvázas vegyület középpontjában kobalt(III)-atom található, ami a gyűrű nitrogénjeihez egy kovalens és három koordinatív kötéssel kapcsolódik. A korrinváz nem teljesen sík alkatú, mivel a folytonos konjugáció csak 13 atomra terjed ki. A kobaltatomhoz a négy nitrogénatom síkjára merőlegesen felülről egy cianocsoport kapcsolódik kovalens kötéssel, alulról pedig a benzimidazolgyűrű nitrogénjével létesít koordinatív kötést.

131


A B12-vitamin biológiailag aktív formájában a cianocsoport helyett adenozintrifosztát kapcsolódik a kobaltatomhoz.

132

2. fejezet - FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A fémorganikus vegyületek kémiai gyökerei a 18. századra nyúlnak vissza. Az első szerves fémvegyületet, a bisz[dimetil-arzén(III)]-oxidot, triviális nevén a kakodil-oxidot Cadet párizsi gyógyszerész 1760-ban arzén(III)-oxid-tartalmú ásványból kálium-acetáttal való hevítéssel állította elő. A vegyületet Bunsen nevezte el, utalván igen kellemetlen szagára. A kakodil görög szó, bűzös illatot jelent.

Az első alkénkomplex előállítása Zeise nevéhez fűződik. A platina(IV)- és platina(II)-klorid keverékét etil-alkoholban forralta, majd kálium-kloridoldatot hozzáadva sárga tűszerű kristályok, az ún. „Zeise-só” (K[Pt(C2H4)Cl3]xH2O) vált ki, amelyről Zeise a kor egyik legtekintélyesebb tudósával, Liebiggel ellentétben azt állította, hogy az etént is tartalmaz. A mintegy 140 évvel később végzett vizsgálatok Zeise állítását igazolták. Bunsen marburgi laboratóriumában Frankland angol vegyész 1840-ben számos fémorganikus vegyületet szintetizált, közöttük elsőként a dietil-cinket. Az „etilgyök” előállítására törekedve etil-jodidot gyúlékony és robbanásveszélyes hidrogén védőgáz alatt cinkkel melegítve jutott ehhez a levegőre érzékeny pirofóros folyadékhoz, melyet dietil-cinkként azonosított.

Ε vegyületet napjainkban is – inert környezetként nitrogént vagy argont alkalmazva – így állítják elő. Wurtz páros szénatomszámú alkánok előállítására alkalmas egyszerű eljárást dolgozott ki. Megfigyelte, hogy etil-jodidot vízmentes éterben fémnátrium jelenlétében forralva jó termeléssel bután nyerhető.

Feltételezte, hogy az etil-jodid először a nátriummal reagál és etil-nátrium keletkezik, ami nátrium-jodiddá és „etilgyökké” esik szét, majd ezt követően az etilgyökök összekapcsolódásával bután keletkezik. Berthelot, a College de Francé professzora 1866-ban a szénhidrogének reakcióit tanulmányozva megfigyelte, hogy kalcium-karbidból víz hozzáadására képződő acetilénből hevítéssel benzol nyerhető, ugyanakkor a cseppfolyós ammóniában (fp.: –33 °C) élénk kék színnel oldódó nátriummal is hidrogénfejlődés közben reagál. 133

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK

A fém-karbonilok előállításáról 1890-ben elsőként Mond számolt be. Nikkelt atmoszferikus nyomáson, szén-monoxid jelenlétében, 50 °C-on melegítve jutott az illékony nikkel-tetrakarbonilhoz, melynek gőzei 230 °C-on elbomlottak, és így a rendkívül tiszta fémnikkelt sikerült előállítania.

Érdemes megemlíteni, hogy a nikkel tisztítása napjainkban is ezzel, az ún. Mond-féle eljárással történik. A fémorganikus kémia jelentőségét Grignard 1912-es Nobel-díja jelzi. A róla elnevezett Grignard-reagens, a szerves magnézium-halogenid (RMgX) igen sokoldalúan hasznosítható ágensnek bizonyult a szerves kémiai szintéziseknél, és így meghatározó szerepet játszott a szerves kémia fejlődésében.

A fémorganikus kémia fejlődésének az első, ún. „szendvics”-vegyület, a ferrocén előállítása adott egy újabb lendületet.

A Kealy és Pauson által 1951-ben előállított vegyületben a két ciklopentadienil-gyűrű a vasatomot „szendvicsszerűen” fogja közre, és szénatomjain változatos átalakítások végezhetők. Ε vegyület aromás tulajdonságú, és így például – hasonlóan a benzolhoz – Friedel-Crafts-acilezéssel mono- és 6 diacilszármazékai állíthatók elő. Megemlítendő, hogy ez a reakció a ferrocénnel 10 -szor gyorsabban játszódik le, mint a benzollal. A fémorganikus kémia fejlődését az átmenetifém-katalizátorok szerepének felismerése nagyban segítette. 1955-ben Ziegler és Natta kidolgozták az etén és a propén polimerizációját átmenetifém-halogenid/alkil-alumínium vegyes katalizátor jelenlétében, kis nyomáson. Felismerésükért 1963-ban megosztott Nobel-díjat kaptak. Ugyancsak Nobel-díjjal jutalmazták Wilkinsont (1973) a szendvicsvegyületekkel kapcsolatos kutatási eredményeiért, 134

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK valamint az alkéneknek a róla elnevezett katalizátorral, a ródium-trifenilfoszfónium-kloriddal [Rh(PPh3)3Cl] végzett homogén fázisú hidrogénezéséért. 1979-ben pedig Brown és Wittig megosztva kaptak Nobel-díjat a szerves bórvegyületek, illetve a szerves foszforvegyületek szintézise terén elért tudományos eredményeikért. Mindezek alapján a szerves fémvegyületek kémiája önálló tudományággá vált, és napjainkban dinamikusan fejlődő kutatási terület. A fémorganikus vegyületek a modern szerves kémia széles körben alkalmazott reagensei. Ε fejezetben könyvünk terjedelmi korlátai miatt a teljesség igénye nélkül csak a magnézium-, lítium-, cink-, bór-, tallium-, szilícium-, réz-, titán- és palládiumorganikus vegyületek előállítását és szintetikus felhasználásukat foglaljuk össze.

Magnéziumorganikus vegyületek A Grignard-reagens a fémorganikus vegyületek legrégebben ismert képviselője. Széles körű felhasználhatóságát a reaktív szén-magnézium σ-kötésének köszönheti, ami – a szerves molekularésztől és a halogén elektronegativitásától függően – polarizált. A töltéseltolódás miatt a magnéziumon parciális pozitív töltés, a magnéziumhoz kapcsolódó szénatomon parciális negatív töltés alakul ki, következésképpen a magnézium a molekula elektrofil, a szénatom pedig a molekula nukleofil reakciócentruma. Ε tulajdonságából adódóan készségesen reagál például karbonilvegyületekkel. A reakció során a Grignard-reagens szerves molekularésze – a magnéziumot viselő szénatomjával – kovalens kötést alakít ki a karbonilvegyület karbonil szénatomjával. 2

Továbbá a Grignard-reagens – a magnézium elektronszerkezetéből ([Ne]3s ) adódóan elektronpár-donor bázisokkal (pl. éterekkel) datív kötés kialakítására is képes, ezért Lewis-savnak is tekinthető.

Magnéziumorganikus vegyületek előállítása Direkt szintézissel Magnéziumorganikus vegyületek előállítása a megfelelő halogénvegyületből az ún. direkt szintézissel, vagy lítiumorganikus vegyületek segítségével, az ún. transzmetallálással valósítható meg. Az előbbi során szerves halogénvegyületeket vízmentes éterben (leggyakrabban dietil-éterben vagy tetrahidrofuránban) intenzív keverés közben fémmagnéziummal (magnéziumforgács vagy -por) reagáltatjuk. Az átalakulást a magnézium feloldódása és hőfejlődés is egyértelműen jelzi.

A halogén (X) nemcsak klór, bróm vagy jód, hanem fluor is lehet. A kereskedelemben kapható magnéziumforgács vagy -por felületét többnyire oxidréteg borítja. Ennek eltávolítása, azaz az aktív fémfelület kialakítása kis mennyiségű jódkristállyal vagy ugyancsak csekély mennyiségű metiljodiddal, de legelőnyösebben 1,2-dibrómmetánnal valósítható meg. Az utóbbi esetben ugyanis a fémfelület szabaddá válása során az „aktivátorból” a rendkívül illékony etén (Fp.: –104 °C) keletkezik, amely könnyen eltávozik a reakcióelegyből. A reakció sikere a magnézium felületének 135

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK aktivitásától jelentős mértékben függ. Különösen reaktív az ún. Rieke- és a Bogdanović-féle magnézium. Az előbbit magnézium-kloridból vízmentes tetrahidrofuránban porított fémkáliummal, oxigén távollétében nyerjük. Az így kapott erősen pirofóros magnézium felülete olyannyira aktív, hogy felhasználásával alifás fluoridokból is jó termeléssel állítható elő a megfelelő Grignard-vegyület.

Bogdanović az aktiválást antracénnel vízmentes tetrahidrofuránban valósította meg. Az antracén ugyanis egyensúlyi reakcióban már szobahőmérsékleten is készségesen reagál a fémmagnéziummal, és a 9-es, 10-es szénatomjaival a magnéziumhoz kapcsolódva a megfelelő áthidalt magnéziumkomplex keletkezik.

60 °C-on történő melegítéskor az egyensúly balra tolódik el, és a rendkívül aktív, porszerű magnézium válik szabaddá. Az így nyert magnézium aktivitását mutatja, hogy a 35–65 °C között az ún. direkt szintézissel végzett átalakítások ezáltal már rendkívül enyhe körülmények között, azaz –78 °C-on is magas hozammal valósíthatók meg. Egy további előny az is, hogy az antracént nem szükséges moláris mennyiségben alkalmazni. A 2–3 mol%-os mennyiségben előállított komplexhez kereskedelmi magnéziumport adva az aktivált magnézium gyorsan elreagál, miközben antracén válik szabaddá, amely újabb magnéziumot aktivál, és így elegendő idő után megtörténik a halogénvegyület teljes átalakulása.

Transzmetallálással A Grignard-reagensek előállíthatók lítiumorganikus vegyületek magnéziumsókkal végzett transzmetallálásával is.

136

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A fokozottan erős C–H savak, mint például az alkinek és a ciklopentadién esetében egy további lehetőség a könnyen hozzáférhető etil-magnéziumbromiddal végzett deprotonáláson (proton-magnézium csere) alapul.

A magnéziumorganikus vegyületek szerkezete mind szilárd, mind pedig oldatfázisban jól ismert. A Lewis-sav tulajdonságokból adódóan oldatban éterekkel komplexet képeznek. A reagens ilyenkor az ún. diorganoformájával van egyensúlyban (Schlenk-féle egyensúly), a kialakuló egyensúlyi helyzet az alkalmazott oldószertől, a reagens szerves alkotórészének és a halogénnek a minőségétől függ.

Dietil-éterben az egyensúly többnyire a Grignard-reagens felé, ugyanakkor 1,4-dioxán hozzáadásával a diorgano-magnézium képződése irányába tolódik el (Schlenk-féle trükk), mivel a magnézium-dihalogenid az 1,4-dioxánnal rosszul oldódó komplexet képez és kiválik az oldatból.

A 4, 5 és 6 szénatomos diszjunkt dihalogenidek hasonló módon a megfelelő „magneza-ciklusokká” alakíthatók. 137


Magnéziumorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai A Grignard-reagensek az ún. Umpolung következtében nagyon reaktív C-nukleofilek, és ezért készségesen reagálnak különféle elektrofilekkel, de mindezek mellett a Lewis-savakra jellemző reakcióik is ismertek. A Grignard-reagensek, mint C-nukleofilek, szén-szén kötés kialakulása közben reagálnak alkil-, allil-, aril- és benzil-halogenidekkel, valamint a megfelelő szulfonsav-észterekkel.

3

2

A szén-szén kötés ilyen módon nemcsak sp , hanem sp hibridállapotú szénatomon is kialakítható.

Eltérően a lítiumorganikus vegyületektől, a Grignard-reagensek tercier alkil-halogeni-dekkel is reagálnak és Lewis-sav tulajdonságuk miatt az átalakulás SN1 mechanizmusú.

138

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A Lewis-sav tulajdonságuknak köszönhető az is, hogy trimetil-ortoformiáttal is készségesen reagálnak, melynek során a reagens szerves molekularészletének megfelelő aldehid-dimetilacetál keletkezik. Ebből enyhe savas kezeléssel a megfelelő aldehid nyerhető.

Addíciós reakciók A Grignard-reagensek oxovegyületekre könnyen addícionálhatók. A reakció átmeneti állapotában többnyire két molekula Grignard-reagens részvételével egy hattagú magnéziumciklus alakul ki, melyből a magnézium(II)-klorid kihasadását követően a megfelelő alkohol magnéziumsója keletkezik. Ezt savas vízzel kezelve jutunk a kívánt alkoholhoz.

Az α,β-telítetlen ketonok esetében 1,2- vagy/és 1,4-addíció játszódik le. Az átalakulás iránya a Grignard-reagens polaritásától függ, ami az R = Me < Et < i-Pr < t-Bu sorrendben csökken, így ciklohex-2-én-1-onból mind az i-propil-magnézium-jodiddal, mind pedig a t-butil-magnézium-kloriddal végzett reakció során túlnyomórészt az 1,4-addíciós termék keletkezik.

139


A karbonsavszármazékok közül azok, melyekben az addíciót követően nem alakul ki könnyen távozó csoport, az aldehidekkel és ketonokkal hasonló módon viselkednek. Így karbonsavnitrilekből a megfelelő ketonok, szén-dioxidból a megfelelő karbonsavak, laktonokból pedig a megfelelő diolok állíthatók elő.

Allil-magnézium-halogenidek reakciói Az allil-magnézium-halogenidek a szerkezetükből adódóan a fentebb tárgyalt Grignard-vegyületektől eltérően viselkednek, mivel oldatban 1,3magnéziumvándorlással könnyen izomerizálódnak. Formaldehiddel reagálva, termodinamikailag kedvező hattagú átmeneti állapot alakul ki, melyből a szén-szén kötés képződését követő hidrolízissel a racém 2-metil-3-butén-1-ol keletkezik. A Grignard-reagens tehát nem az α-, hanem a γszénatomjával alakítja ki a szén-szén kötést a formaldehiddel.

140


Egy további érdekes átalakításukat, az ún. én-reakciót Alder ismerte fel. Megfigyelte, hogy a szén-szén kettős kötéshez α-helyzetben hidrogént tartalmazó allilvegyületek (én-vegyületek) termikus behatásra, vagy Lewis-sav katalízissel elektronszegény alkénnel (én-ofil vegyülettel) szén-szén egyszeres kötés kialakulása közben reagálnak. Azt találta, hogy ez a reakció az allil-magnézium-halogenidek esetében is lejátszódik. (Diels és Alder az ún. „diénszintézis” felfedezéséért 1950-ben megosztott Nobel-díjat kaptak).

141

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A magnézium-én-reakciónak nevezett koncertikus átalakulás során a reakció átmeneti állapotában a Grignard-vegyület szén-magnézium kötése egy elektronpárt visszahagyva elhasad, valamint a szubsztrátum és a reagens π-kötése is felnyílik, majd 6π elektronos „kvázi aromás rendszer” alakul ki. Ezt követően az én és az énofil σ-kötéssel összekapcsolódik, miközben a MgX molekularészlet az énofilra vándorol át. A magnézium-én-reakciót számos természetes anyag szintézisénél alkalmazták sikerrel, például ez az átalakítás a kulcslépése a lágy korallból izolált triciklusos sinularen szintézisének is.

Az allil-klorid szerkezeti egységet tartalmazó norbornénszármazékból, vízmentes tetra-hidrofuránban –78 °C-on a Bogdanović-féle magnéziummal a kívánt Grignard-vegyületet állították elő, melyből magnézium-én-reakcióval a (-)-sinularen bonyolult policiklusos vázát alakították ki.

Lítiumorganikus vegyületek A lítium a periódusos rendszer I. főcsoportjába, az alkálifémek közé tartozik. Elemi állapotban ezüstszínű, lágy könnyűfém, a legkönnyebb a fémek 1 között, sűrűsége mindössze fele a vízének. Nedves levegőn, a víz hatására sárga oxidréteg keletkezik a felületén. Elektronszerkezete [He]2s , elektronegativitása 0,98 (Pauling-skála). A szintetikus szerves kémiában a fémorganikus reagensek közül a lítiumorganikus vegyületeket használják a legszélesebb körben. Ez abból adódik, hogy könnyen előállíthatók, legtöbbjük a kereskedelemben is kapható, valamint a szerves vegyületek szinte valamennyi funkciós csoportjával reagálnak, sok esetben kemo-, regio- és sztereoszelektív módon.

142


Lítiumorganikus vegyületek előállítása Direkt szintézissel Alkil- és aril-halogenidek általában vízmentes szénhidrogénekben (hexán, ciklohexán, toluol) vagy vízmentes éterekben (dietil-éter, tetrahidrofurán) alakíthatók át a megfelelő lítiumorganikus vegyületté. A reakció hajtóereje a fém-halogén kötés kialakulásakor felszabaduló energia, amely számottevően kompenzálja a lítiumnak a fémrácsból történő kiszabadításának és a szén-halogén kötés hasításának energiaszükségletét.

Az átalakulás ezért erősen exoterm, esetenként mégis lassú. Ennek oka, hogy a reakció a fémlítium felületén, azaz heterogén fázisban játszódik le. Hasonlóan a Grignard-reagens direkt szintézissel történő előállításához, a fém felületéről az oxidréteget ez esetben is el kell távolítani. Ez ultrahanggal vagy csekély mennyiségű (1%) fémnátrium hozzáadásával történhet. A reakciót száraz argonatmoszférában kell végezni, mivel a lítiumorganikus vegyületek rendkívül érzékenyek a levegő oxigénjére, vízre, szén-dioxidra és nitrogénre. A fémlítium az utóbbival is reagál és lítiumnitrid (Li3N) keletkezik, ami gyorsan dezaktiválja a fém felületét. Az átalakulás a fém felületén az ún. SET-mechanizmus szerint játszódik le, és esetenként mellékreakciók is kísérik, mint például Wurtz-féle kapcsolás és olefinképződéssel járó elimináció. A reakció sebessége F << Cl < Br < I sorrendben nő, és a jód-származékok esetében már a Wurtz-féle kapcsolás a fő folyamat. A reakció lefutását az R-csoport szerkezete is befolyásolja. A mellékreakciókra való hajlam az alifás halogénszármazékok körében primer < szekunder < tercier sorrendben fokozódik. Az aril-halogenidek általában jó hozammal alakíthatók át a megfelelő lítiumorganikus vegyületté és hasonlóan a Grignard-reakciónál tapasztaltakkal jelentős különbség van a klór- és a brómvegyületek reaktivitása között. Így például a fenil-lítiumot brómbenzolból dietil-éterben jó termeléssel lehet előállítani, a klórbenzol átalakítását azonban már tetrahidrofuránban kell végezni. A kereskedelemben kapható valamennyi lítiumorganikus vegyületet (MeLi, n-BuLi, szek-BuLi, f-BuLi, n-HexLi, PhLi) direkt szintézissel állítják elő, és 1–2 mólos hexános vagy tetrahidrofurános oldatukat forgalmazzák. Ezek stabilitása eltérő, és hatóanyag-tartalmukat például titrálással, ismert mennyiségű difenilecetsav segítségével az alábbi átalakulás alapján határozhatjuk meg.

A difenilecetsavból a lítiumreagens hatására a színtelen lítium-karboxilát keletkezik. A sav teljes mennyiségének átalakulása után további reagens hozzáadásakor az oldat színe a dianion jelenléte miatt intenzív sárgába vált. A színváltozáshoz tartozó fogyás pontosan jelzi a bemért difenilecetsavval ekvivalens lítiumreagens koncentrációját. 143


Szerves halogénvegyületekből Freeman-reagenssel A litium-4,4-di-(t-butil)-bifenil (LiDBB, Freeman-reagens) szerkezetét tekintve a megfelelő gyökanion lítiumsója, melyet 4,4-di-(t-butil)-bifeniiből (DBB) fémlítiummal lehet előállítani. Ezt a megfelelő szerves halogénvegyülettel reagáltatva a kívánt lítiumreagenst kapjuk.

Halogén-fém cserével Szerves halogénvegyületek halogénje vízmentes éterben, tetrahidrofuránban vagy hexánban a megfelelő lítiumreagenssel lítiumra cserélhető. Az átalakulás egyensúlyi folyamat.

Az egyensúly jobbra tolódik, ha az R szerves molekularészlet a negatív töltést jobban stabilizálja, mint az Rʼ. Ezt az RH és RʼH szénhidrogének C– H savassága alapján becsülhetjük meg. Amennyiben RH az erősebb sav, úgy az egyensúly a R-Li képződésének kedvez, melynek keletkezését az Rʼ-Li mennyiségének növelésével is elősegíthetjük. Leggyakrabban ezért az alkil-, alkenil- és aril-lítium-vegyületeket a megfelelő halogenidekből 2 mólekvivalensnyi t-butil-lítiummal állítják elő.

Hasonlóan a direkt szintézishez, ez esetben is számolni kell R–I / R–Li, valamint t-BuLi / t-BuI között lejátszódó Wurtz-féle kapcsolással. Egy újabb mólekvivalensnyi t-BuLi-t adva a reakcióelegyhez E1-elimináció révén eltűnik az átalakulás első lépésében keletkező t-BuI, és így a kapcsolással járó mellékreakcióra már nincs lehetőség. Ha a reakciót vízmentes hexánban vagy toluolban valósítják meg, akkor a reakciótermék (R-Li) az 144

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK oldatból általában kikristályosodik, és így a reakció melléktermékeitől argonatmoszféra alatt, szűréssel különíthető el. Ezt az előállítási módszert többnyire a bróm-lítium, illetve klór-lítium cserénél használják. Ha azonban a szubsztrátumban többféle halogén van, akkor általában a I > Br > Cl a reaktivitási sorrend. Dietil-éterben a mellékreakciók általában lassúak és nem okoznak különösebb veszteséget, ha a gyorsan reagáló elektrofilt (pl. oxovegyületet) a reakcióelegyhez adjuk. A halogén-lítium cserereakció a fém felületén – hasonlóan a Grignard-reagensek képződéséhez – SET-mechanizmussal megy végbe. Ugyanakkor nem teljesen tisztázott, hogy miként magyarázható az, hogy a halogén-lítium csere az (R)-2-metil-2,2-difenil-brómciklopropán esetében 100%-os retencióval játszódik le, míg a magnéziummal végzett cserénél a konfiguráció megőrzése csak részleges.

Transzmetallálással A halogén-fém cserereakcióhoz hasonlóan a transzmetallálás is egyensúlyi folyamat. Az egyensúlyi helyzet a fémorganikus vegyületek szerves molekularészéből levezethető szénhidrogének (RH, RʼH) C-H savasságának különbségétől függ.

Az egyensúly kedvező irányú eltolódását segíti, ha a Rʼ–M fémorganikus vegyület kikristályosodik az oldatból. Ez valósul meg vinil-lítiumnak tetravinilónból és n-butil-lítiumból történő előállításakor is.

A n-tetrabutil-ón ugyanis vízmentes tetrahidrofuránban gyakorlatilag oldhatatlan és ezért kiválik az oldatból. A vinil-lítium tetrahidrofuránban –25 °C-on 4 2,5-difenil-1,6,6λ -tri-tiopentalén-katalizátor jelenlétében eténből is jó termeléssel állítható elő. A katalizátor ugyanis a kénatomjaival lítiumatomokat képes megkötni. 145


Deprotonálással A lítiumorganikus vegyületek deprotonálással történő előállítását metallálásnak is szokták tekinteni, mivel ennek során egy sav C-H-csoportja lítiumorganikus molekulával reagál. Ez az átalakulás is, mint minden sav-bázis reakció, egyensúlyra vezető folyamat, melynek helyzete a reakciópartnerek C-H savasságának különbségétől függ.

A reakció lassú, ha a lítiumreagens (Rʼ-Li) csekély reaktivitású oligomerként van az oldatban. Az aggregáció mértéke az oldószertől és az Rʼcsoport szerkezetétől függ. A n-butil-lítium például hexánban hexamerként, dietil-éterben és tetrahidrofuránban egyaránt tetramerként van jelen. A t-butil-lítium ugyanakkor hexánban tetramerként, tetrahidrofuránban pedig a legreaktívabb formában monomerként reagál. A n-butil-lítium különféle aggregátumainak szerkezetét a következő ábrán szemléltetjük.

Az ábra jól mutatja, hogy a hexános oldatban jelenlévő hexamerben a kifelé álló propilláncok leárnyékolják a molekula poláris, reaktív „fejét”. Tetrahidrofurán hozzáadásakor a hexamer a reakcióképesebb tetramerré alakul át, míg az oxigénnél jobb elektrondonor tetrametil-etilén-diamin (TMEDA) hatására a sokkal reaktívabb dimer és a legreaktívabb monomer is keletkezik. A n-butil-lítium szobahőmérsékleten lassan a dietil-éterrel 146

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK is reagál, és a β-helyzetű hidrogénjét lehasítva etén, lítium-etoxid és bután keletkezik. Érdekes, hogy a tetrahidrofurán hasonló módon, de sokkal gyorsabban alakul át.

A t-butil-lítium sokkal erősebb bázis és szobahőmérsékleten már az éterrel is gyorsan reagál.

Lítiumorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai A lítiumorganikus vegyületek szén-lítium kötése oly mértékben polarizált, hogy ionos karakterük közel 85%-os, és ezért a megfelelő Grignardreagensnél sokkal reaktívabbak. Elektrofilekkel az alábbi módon reagálnak.

Erős bázisként deprotonálás, erős nukleofilként pedig addíció és szubsztitúció könnyen megvalósítható ezekkel a vegyületekkel.

Deprotonálás Savas karakterű szerves anyagok – beleértve a C-H-savakat is – lítiumreagensekkel deprotonálhatók. Így például alkoholokkal, fenolokkal, tiolokkal, tiofenolokkal, szek-aminokkal és a C-H-savakkal cserereakció játszódik le.

Aromás szénhidrogének esetében, ha komplexképzésre hajlamos csoport (pl. észter, N-szubsztituált savamid-, alkoxicsoport) van a molekulában, akkor a deprotonálás regioszelektív. 147


A benzol (pKa = 37) n-butil-lítiummal hexánban 68 °C-on gyakorlatilag nem reagál, ugyanakkor ekvimoláris TMED A jelenlétében (LiC-TMEDAreagens) 20 °C-on 3 óra után az átalakulás már 60%-os.

A reagens bázikussága kálium-terc-butiláttal (LiC-KOR-reagens, szuperbázis), ún. vegyes aggregátum kialakulása miatt számottevően megnő és a benzol lítiálása 20 °C-on már egy perc alatt 77%-os konverziót ér el. A Wittig-reakcióban a nem stabilizált foszforánok foszfóniumsókból történő előállításához is többnyire n-butil-lítiumot használnak.

Helyettesítéses reakciók Az alkil- és aril-lítiumorganikus vegyületek alkil-, allil- és benzil-halogenidekkel (E-X) nukleofil szubsztitúciós reakcióba lépnek, miközben új szénszén kötés alakul ki. 148


Az enantiomertiszta (R)-2-brómbutánból benzil-lítiummal SN2-mechanizmus szerint 100%-os inverzióval az (S)-1-fenil-2-metilbután keletkezik. Az (E)-1,2-dimetilvinil-bromidból pedig n-butil-lítiummal a konfiguráció megőrzése (100%-os retenció) mellett a (Z)-3-metilhept-2-én nyerhető. Allil-halogenidek ún. ambidens elektrofilként viselkednek (ambidens = kétfogú; ambi latinul mindkettőt, dens pedig fogat jelent). Az allil-klorid – miként 13 a C-izotóppal jelzettel végzett reakció is igazolja – túlnyomórészt a γ-szénatomján reagál a fenil-lítiummal.

Ugyanakkor a rezorcin-dimetil-éterből n-butil-lítiummal végzett regioszelektív deprotonálást követően a 4-bróm-2-metilbut-2-énnel regioszelektív SN2ʼ-szubsztitúcióval a szterikusan kevésbé gátolt α-szénatomjával kapcsolódik a lítiumatomot viselő szénatomhoz.

149


Addíciós reakciók A lítiumorganikus vegyületek készségesen reagálnak polarizált és nem polarizált többszörös kötésű vegyületekkel. Ezek az átalakulások többnyire gyorsan és melléktermékek keletkezése nélkül játszódnak le. Így aldehidekből szekunder, ketonokból tercier alkoholok nyerhetők. Karbonsavhalogenidekből és észterekből mólekvivalensnyi lítiumreagenssel ketonok, 2 mólekvivalensnyi reagenssel pedig tercier alkoholok képződnek. Karbonsav-nitrilekből ugyancsak ketonok, míg szén-dioxidból karbonsavak, olefinekből a Markovnyikov-szabálynak megfelelően alkánok állíthatók elő.

150


A szén-szén σ-kötés kialakítása mellett a szerves kémiai felhasználásuk azáltal is jelentősen bővül, hogy esetenként az addícióval keletkező aniontípusú közbenső termékek nemcsak savakkal (protonforrás), hanem egyéb elektrofilekkel is semlegesíthetők. Így például savnitrilekből alkil-, allil- vagy benzil-halogenidekkel a megfelelő Schiff-bázisok, szén-dioxidból 2 mólekvivalensnyi lítiumreagenssel pedig ketonok nyerhetők.

151

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Megfelelően szubsztituált, két vagy több szén-szén kettős kötést tartalmazó halogénszármazékok esetében az ún. kaszkádreakciók lehetősége – mint azt a következő példa mutatja – tovább bővíti a lítiumreagensek alkalmazási körét. Ε lehetőség főként a biológiailag aktív policiklusos természetes vegyületek szintézisénél játszik fontos szerepet.

A lítiumorganikus vegyületek, mint ambidens elektrofilek készségesen reagálnak az α,β-telítetlen karbonilvegyületekkel, iminekkel és piridinszármazékokkal. Az addíció regioszelektivitása (1,2- vagy 1,4-addíció) mind a reagens, mind pedig a szubsztrátum szterikus és elektronos tulajdonságaitól függ.

152

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Az akroleinből metil-lítiummal kizárólag csak az 1,2-addukt keletkezik. Hasonlóan viselkedik az (E)-pent-3-én-2-on is. A szterikusan erősen gátolt ketonszármazék, a 4,4-dimetilpent-1-én-3-on esetében viszont a regioszelektivitás már megváltozik, és az 1,4-addukt képződik. A piridinszármazékok esetében az addíciót elimináció követi, így a megfelelő C-2 vagy C-4 szubsztituált terméket kapjuk meg. Az α,β-telítetlen karbonil-vegyületek körében a reakció reverzibilitása miatt a kinetikai és a termodinamikai kontroll is szerepet játszik a termékarány kialakulásában. Ezt a ciklohex-2-én-1-on és a nagy térigényű 3-lítio-1,3-ditián reakciójával a következő ábrán szemléltetjük.

Az átalakítást vízmentes tetrahidrofuránban, –78 °C-on 10 percig végezve a reakció-elegyben kizárólag az 1,2-addukt keletkezik, míg a hőmérsékletet lassan emelve hosszabb reakcióidő után a termodinamikailag stabilabb 1,4-addukt mennyisége szignifikánsan növekszik. Az utóbbi képződése az erősen komplexképző tulajdonságú ekvimoláris mennyiségű hexametil-foszforsav-triamiddal (HMPT) –78 °C-on is szinte már kizárólagossá (1,2-:1,4addukt = 8:92) tehető. Figyelemre méltó regioszelektivitás tapasztalható az oxovegyületek ún. enolát-anion reakciói esetében is.

153


Hasonlóan a fémorganikus vegyületekhez, az enolátok esetében is a fém-oxigén kötés polarizáltsága, és ezáltal az oxigén nukleofilitása a fémion minőségétől függ. Az oxigén-fém kötés ionos jellege annál nagyobb, minél „keményebb” nukleofil az enolát oxigénje. Ebből fakadóan az ún. kemény elektrofilek, mint például a proton vagy a trimetilszilil-klorid az oxigénatomon reagálnak. –

Az α-szénatomon való RX-el végzett alkilezés pedig annál kedvezményezettebb, minél lágyabb nukleofil a leváló csoport (X ), azaz a C-alkilezés X – – – = CF3-SO3 < CH3-SO3 < ArSO3 < Br < I sorrendben kedvezményezett.

Cinkorganikus vegyületek Az első cinkorganikus vegyületet, a dietil-cinket – mint azt már a bevezetőben is említettük – 1840-ben Frankland állította elő. A cink 10 2 elektronkonfigurációjából ([Ar] 3d 4s ) és elektronegativitásából (1,65, Pauling-skála) fakadóan az organikus vegyületeiknek a megfelelő magnéziumorganikus vegyületeknél kisebb a nukleofilitásuk és bázicitásuk, ugyanakkor a Lewis-sav tulajdonságuk kedvezőbb. Ε tulajdonságaik következtében előnyösen használhatók érzékenyebb szubsztrátok átalakítására is.

Cinkorganikus vegyületek előállítása Direkt szintézissel Frankland felismerése szerint fémcinket szerves halogénvegyületekkel toluolban melegítve szerves cink-halogenid keletkezik, amely további melegítés hatására diorgano-cinkké és cink-halogeniddé alakul át. Az átalakulás sikere – ez esetben is – függ a fém felületének oxidmentességétől, amit ultrahangos kezeléssel vagy rézpor hozzáadásával érhetünk el. Különösen reaktív az ún. Rieke-cink, amely vízmentes cink-kloridból lítiumnaftaliddal végzett redukció során nyerhető.

154


A cinkorganikus vegyületek csökkent reakciókészségét tanúsítja, hogy a direkt szintézis funkciós csoportot, mint pl. keto-, észter-, nitril- vagy szulfoncsoportot tartalmazó szerves halogénvegyületekkel is megvalósítható. Ezt a lehetőséget Reformatszkij 1887-ben ismerte fel, aki brómecetsavetilészterből, toluolban, cinkkel a megfelelő cinkorganikus vegyületet nyerte, melyet formaldehiddel reagáltatva a β-hidroxipropionsav-etilésztert állította elő.

A diorgano-cink-vegyületek – ellentétben a magnéziumorganikus vegyületekkel – többnyire monomerek, szerkezetük lineáris, valamint a cink-szén kötés gyengén polarizált, ezért alacsony olvadáspontú, illékony, pirofóros vegyületek (dietil-cink: op. = –29 °C, fp = 118 °C). Mint Lewis-savak, éterekkel, t-aminokkal tetraéderes komplexet képeznek.

Ugyanakkor az organocink-halogenidekből (R–Zn–X) hasonlóan a Grignard-reagensekhez ún. halogénhidas dimer, sőt esetenként trimer vagy tetramer komplexek keletkeznek. A Reformatszkij-reagens például tetrahidrofuránban dimer szerkezetű, azonban azt eltávolítva a karbonilcsoportok oxigénatomjával kialakuló datív kötések stabilizálta monomer diorgano-cinkké alakul át.

155


Transzmetallálással Lítium- és magnéziumorganikus vegyületekből vízmentes cink-kloriddal éterben a megfelelő diorgano-cink-vegyületek jó hozammal nyerhetők.

Cinkorganikus vegyületek kémiai sajátságai Addíciós reakciók A diorgano-cink-vegyületek – mint csökkent reaktivitású nukleofilek – aldehidekkel vagy ketonokkal lassan reagálnak. A nukleofil addíció azonban – a funkciós csoportot (funcional group, FG) tartalmazó halogénszármazékokból (FG-RX) nyert organocink-halogenidek-kel (FG-R-ZnX), mint pl. a Reformatszkij-reagenssel (R=H) – különösen komplexképző katalizátorok jelenlétében már könnyen lejátszódik.

156


Ha a komplexképző katalizátor királis, enantiomertiszta molekula, akkor az aldehidek esetében az addíció enantioszelektív, és a kialakuló sztereogén centrum abszolút konfigurációját a királis induktor abszolút konfigurációja határozza meg. Az (S,S)-(–)-dimetilamino-izorborneol (DAIB) jelenlétében benzaldehidből a balra forgató (S)-1-fenilpropanolt 98% enantiomertisztasággal kapjuk meg. Az (R)-N-2-hidroxi-3,3-dimetilbutil-piperidin jelenlétében pedig az (R)-1-fenilpropanol 92%-os enantiomertisztasággal keletkezik. Az ún. Michael-akceptorokra történő nukleofil addíció a dialkil-cinkkel (pl. dietil-cinkkel) a megfelelő enantiomertiszta β-amino-alkohol jelentében nemcsak regio (1,4-addíció), hanem enantioszelektív módon játszódik le, és 84%-os enantiomertisztasággal a (Z)-5-fe-nil-2,2,-dimetilpent-4-én-3on-ból az (R)-5-fenil-2,2-dimetilheptán-3-on-t 80%-os termeléssel kapjuk meg.

A dijód-metánból cinkkel vízmentes éterben könnyen nyerhető ún. Simmons-Smith-reagens (ICH2ZnI) egyensúlyban van a kevésbé reaktív bisz(jódmetil)cinkkel. Az előbbiből azonban már szobahőmérsékleten is gyorsan az igen reaktív elektrofil, a karbén (:CH2) keletkezik, ami olefinekkel koncertikus reakcióban a megfelelő ciklopropánszármazékká alakul át. Így pl. (Z)-2-buténből diasztereoszelektív módon a (Z)-1,2-dimetilciklopropán keletkezik. 157


Megfelelő enatiomertiszta induktor jelenlétében pedig, mint az (E)-fahéj alkohol „ciklo-propilezése” is mutatja, a Simmons-Smith-reakció is enantioszelektívvé tehető.

Bórorganikus vegyületek Jóllehet a periódusos rendszer 13. csoportjának elemei (B, Al, Ga, In, Tl) közül a bór az egyetlen nemfémes elem, de az elektronszerkezetéből ([He] 2 1 2s 2p ) és elektronegativitásából (2,0) adódó különleges sajátságai és szerves vegyületeinek preparatív szerves kémiai jelentősége miatt indokolt, hogy e vegyületcsaládot is a fémorganikus vegyületekkel együtt tárgyaljuk. A szerves bórvegyületek szerkezetük alapján az alább három csoportba sorolhatók. –

1. A szerves boránok formálisan a borán (BH3) R3B, R4B és RnBX3-n összetételű származékai, ahol ha X = halogén, akkor szerves bórhalogenidekről, ha pedig X = H, akkor szerves bór-hidridekről beszélünk. 2. Bór-heterociklusoknak az egy bóratomot tartalmazó gyűrűs vegyületeket nevezzük; a telített származékokat bórcikloalkánoknak, a telítetleneket pedig bórcikloalkéneknek, illetve bóraréneknek hívjuk. A telített, egy bóratomot tartalmazó gyűrűs vegyületek közül, az öttagú gyűrűs vegyületek a borolánok, hattagúak a borinánok, a héttagúak pedig a borepánok. 3. Poliéderes organobórvegyületek a karboránok és heterokarboránok. 158

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A továbbiakban szerves kémiai jelentőségük miatt csak a boránokkal foglalkozunk. Ε vegyületek kémiája 1912-ben Stock vizsgálataival indult fejlődésnek. Nagyszámú bórvegyületet állított elő, melyek szerkezetvizsgálata során vált ismertté, hogy a kémiai kötések e vegyületekben eddig még nem sejtett elvek szerint alakulnak ki. A szerves bórvegyületekkel kapcsolatos megfigyelések nagyban hozzájárultak a kémiai kötés MO (molecular orbital) elméletének megalapozásához. A boránkémia elsősorban Lipscomb és Brown széleskörű munkássága révén került a tudományos érdeklődés homlokterébe. Kutatásaik tudományos és gyógyszeripari jelentőségét igazolja, hogy 1976-ban Lipscombnak „a boránok szerkezetvizsgálatáért és a kémiai kötések természetének magyarázatáért” Nobel-díjat ítélték oda. 1979-ben Brown és Wittig „a bór- és foszfortartalmú vegyületek alkalmazása terén végzett fejlesztőmunkájukért és e vegyületeknek reagensként történő bevezetéséért a szerves szintézisekbe” kaptak megosztott Nobel-díjat.

Bóroganikus vegyületek előállítása Traszmetallálással Trialkil- és triarilboránok a megfelelő Grignard-reagensből bór-trifluoriddal jó hozammal nyerhetők. Hasonló körülmények között a Grignard-reagens feleslegével a megfelelő tetra-organoboronát keletkezik.

A borán könnyű hozzáférhetősége forradalmasította a szerves bórvegyületek kémiáját. Nátrium-tetrahidrido-borátból bór-trifluoriddal vízmentes tetrahidrofuránban ugyanis borán keletkezik, amely a dimer formájával, a diboránnal van egyensúlyban. Az egyensúly tetrahidrofuránban a monomer erős komplexképző tulajdonsága miatta szinte teljesen a borán felé tolódik el. Preparatív szempontból ez azért előnyös, mert így a pirofóros diborán gyakorlatilag eltűnik az oldatból. A borán nemcsak tetrahidrofuránnal vagy dietil-éterrel, hanem dimetil-szulfiddal (Me2S) és trimetil-aminnal (Me3N) is stabil komplexet képez.

A borán erős Lewis-savként is készségesen reagál a π-donor bázisok közül például a terminális olefinekkel. A bóratom a Markovnyikov-szabályt követve a láncvégi szénatomhoz kapcsolódik, és a megfelelő mono-, majd ezt követően a di- és végül jó termeléssel trial-kilborán keletkezik (l. 233. old). 159


Ezt az átalakítást hidroborálásnak nevezik a szakirodalomban. Megfelelően megválasztott gyűrűs diolefin, mint például az 1,5-ciklooktadién hidroborálásakor a nagy térkitöltésű 9-borabiciklo[3.3.1]nonán (9-BBN) keletkezik. A 9-BBN – ellentétben a pirofóros diboránnal – levegőn is stabil kristályos vegyület, mellyel olefinek regioszelektív hidroborálása és karbonilvegyületek redukciója valósítható meg (l. alább).

A kereskedelemben könnyen hozzáférhető terpénszármazékból, a balra forgató α-pinénből regio- és disztereoszelektív hidroborálással könnyen előállítható boránszármazékok – mint például az izopinokampfenilborán (IpcBH2) és a diizopinokampfenilborán [(Ipc)2BH] – karbonilvegyületek széles körben alkalmazott enantioszelektív redukálószerei.

A borán könnyen reagál terminális acetilénszármazékokkal is. A reakció első lépésében a termodinamikailag stabilabb megfelelő (E)-vinilborán keletkezik, melynek továbbalakulása könnyen megakadályozható, ha reagensként borán helyett a katecholboránt használunk.

160


Bórorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai Oxidáció A trialkilboránok lúgos közegben hidrogén-peroxiddal jó termeléssel a megfelelő alkoholokká oxidálhatók.

A nukleofil hidrogén-peroxid-anion az elektronhiányos bóratomhoz kacsolódik, majd hidroxid-anion kihasadása közben a bóratomon lévő egyik alkilcsoport a szomszédos oxigénre vándorol át. Ε folyamat kétszeri megismétlődése után a bórsav megfelelő észtere keletkezik, melynek hidrolízise vezet a kívánt alkoholhoz. Mint azt az IpcBH2 oxidációja is igazolta, a bóratomot viselő szénatom abszolút konfigurációja a vándorlás során nem változik meg.

Ezt kihasználva királis olefinekből a szén-szén kettős kötésük boránnal történő telítése után, oxidációval regio- és diasztereoszelektív módon a megfelelő alkoholokat lehet előállítani. Megjegyzendő, hogy az alkilboránok bóratomja hasonló módon retencióval cserélhető aminocsoportra, inverzióval pedig jódra.

161

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Érdekes módon az utóbbi átalakulás a vinilboránok esetében retencióval játszódik le.

Sztereoszelektív redukció Enantiomertiszta boránokkal prokirális karbonilvegyületek enantioszelektív redukciója valósítható meg. ®

Az (R)-B-3-pinanil-9-borabiciklo[3.3.1]nonán [(R)-Alpine-Boran ], a klórdiizopina-kampfenilborán [(-)Ipc2BCl], az (R,R)-2,5-dimetil-boralán és az (S)prolinból könnyen nyerhető oxazaborolidin kereskedelemben is kapható, és széles körben alkalmazható reagensek.

162


®

Az (R)-Alpine-Boran és a (-)Ipc2BCl β-hidrogénje hidridanionként (S) szelektivitással vándorol át a karbonilcsoport szénatomjára. Az (R,R)-2,5dimetil-boralán és az oxazaborolidin esetében pedig a bóratomhoz kapcsolódó hidrogén a hidridanion forrás, és ez esetben a redukció enantioszelektív (R).

163


Aldolreakció A bór-enolátok a lítium-enolátokhoz hasonlóan, de nagyobb sztereoszelektivitással reagálnak aldehidekkel és a szén-szén kötés kialakulását követően a megfelelő β-hidroxioxovegyületek keletkeznek. A sztereoszelektivitást ez esetben is a bór-enolát konfigurációja (E vagy Z) határozza meg. A (Z)-bór-enolátok előállítása az oxovegyületekből dialkilbór-halogenidekkel vagy -triflátokkal tercier aminok, többnyire etil-diizopropilamin (Hünigbázis) jelenlétében jó termeléssel hajthatók végre.

A (Z)-bór-enolátok katalítikus mennyiségű bázis (piridin vagy lítium-fenoxid) jelenlétében a termodinamikailag stabilabb (E)-bór-enolátokká izomerizálódnak. Az aldolreakcióban az (E)-enolátból benzaldehiddel – jó egyezésben a Zimmermann-Traxler-modell alapján jósolttal – túlnyomórészt az anti-, míg a (Z) -enolátból a szin-addukt keletkezik.

Az enantiomertiszta bór-enolátok esetében az aldolreakció többnyire magas enantio- és diaszteroszelektivitással játszódik le.

Talliumorganikus vegyületek A tallium a bórhoz hasonlóan a periódusos rendszer 13. csoportjába tartozik. Crookes angol és Lamy francia kémikusok egymástól függetlenül, 1861ben fedezték fel. Igen lágy fém és levegőn, szobahőmérsékleten meglehetősen lassan oxidálódik. 164

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK 14

10

2

1

Elektronszerkezetéből ([Xe]4f 5d 6s 6p ) adódóan a vegyületeiben +l vagy +3 oxidációs számmal fordul elő. A 13. csoport elemei közül az egyetlen elem, melynek mindkét oxidációs állapotú formája a Pearson-féle definíció szerint az ún. lágy savak közé sorolható, és kettőjük közül – definíció szerint – a Tl(III)-vegyületek a lágyabb savak. A két oxidációs állapot közötti különbség az alábbi redoxirendszerek standard potenciáljaival jellemezhetők.

Mindezek alapján a fémtallium enyhe redukálószer, ugyanakkor a Tl(I)-vegyületek enyhe, a Tl(III)-vegyületek pedig erős oxidáló tulajdonságúak. A tallium e tulajdonságát kihasználva McKillop és Taylor munkássága révén az 1960-as évek közepétől kezdve váltak a talliumvegyületek a szintetikus szerves kémia széles körben használható reagenseivé. A fémtallium mellett, a tallium(I)-etilát (TlOEt), a tallium(I)-halogenidek (TlX, X= Cl, Br) és a Tl(III)X3-sók [X = OAc, OCOCF3 (TTFA), ONO2 (TTN)] a leggyakrabban alkalmazott és a kereskedelemben is könnyen hozzáférhető reagensek.

Fémtalliummal végzett átalakítás A fémtallium az aromás nitrovegyületeket etanolos oldatban jó termeléssel a megfelelő azoxivegyületté redukálja, miközben tallium(I)-etilát keletkezik.

Ez az átalakítás szerényebb termeléssel ugyan, de fémnátriummal is megvalósítható.

Tallium(I)-vegyületekkel végzett átalakítások Az aromás Grignard-vegyületeket a tallium(I)-halogenidek (X = Cl, Br) enyhe körülmények között oxidálják, és magas hozammal a megfelelően szubsztituált bifenilszármazékok keletkeznek. A szén-szén kötés kialakulása többlépéses redoxátalakulás eredménye, melyben a Tl(I)-halogenid nemcsak fémtalliummá alakul át, hanem átmenetileg ArTl(III)X2 is keletkezik. Ez az ún. dimerizáció szerényebb hozammal fémnátriummal szintén megvalósítható.

A tallium(I) vegyületei közül a tallium-etilát (TIOEt) a legszélesebb körben alkalmazott reagens. Szerves kémiai alkalmazását a teljesség igénye nélkül csak néhány jellemző példán mutatjuk be. 165

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Az 1,3-dikarbonilvegyületekből, mint CH-savakból (pKa < 18) e reagenssel hexánban a megfelelő Tl(I)-sók nyerhetők, melyek regioszelektív alkilezése vagy acilezése a körülményektől függően a megfelelő mono-C- vagy -O-szubsztituált származékokhoz vezet, közel kvantitatív termeléssel (> 95 %).

A Tl(I)-só felületén alkil-jodidos szuszpenzióban melegítés hatására a reakció gyorsan lejátszódik és a mono-C-alkil-származék keletkezik, ugyanakkor vízmentes éteres szuszpenziójához –78 °C-on a megfelelő savkloridot adva a mono-O-acilszármazékot, erélyesebb acilezőszerrel, a megfelelő savfluoriddal szobahőmérsékleten a mono-C-acil-származékot kapjuk meg. A tallium-etilát a nukleozidok szintézisénél is előnyösen használható. Például, az adenin tallium(I)-sójából a triacetil-α-D-ribofuranozil-kloriddal etanolban vagy dimetil-formamidban, szobahőmérsékleten jó termeléssel a 9-(triacetil-α-D-ribofuranozil)-adenin, majd az ezt követő Zemplén-féle dezacetilezéssel az adenozin keletkezik.

166


Fenolok Tl(I)-sója aprotikus, apoláris oldószerekben szobahőmérsékleten közel kvantitatív hozammal alkilezhetők, acilezhetők, mezilezhetők és tozilezhetők.

167


Az alifás karbonsavak Tl(I)-sójából savkloridokkal nemcsak a megfelelő savanhidrideket lehet kvantitatív hozammal előállítani, hanem hasonlóan jó termeléssel a Hunsdiecker-reakció is megvalósítható.

Tallium(III)-vegyületekkel végzett átalakítások A tallium(III)-vegyületek elektronszerkezetükből adódóan Lewis-savak, ezért az aromás vegyületek elektrofil szubsztitúciós (SEAr) reakcióit, például a brómozást és a Friedel-Crafts-féle acilezést hatékonyan katalizálják. Katalitikus mennyiségű tallium(III)-acetát (TTA) jelenlétében nemcsak az átalakulás hozama, hanem a reakció regioszelektivitása is számottevően nő, és ha R első osztályú szubsztituens, akkor főként a para-izomer keletkezik. 168


A tallium(III)-trifluoracetát (TTFA) triflouracetil-csoportjainak elektronszívó hatása e reagens elektrofilitását jelentős mértékben növeli és ezért készségesen reagál aromás szénhidrogénekkel is. Ilyenkor SEAr-reakcióban a megfelelő aril-tallium-bisz(triflouracetil)-származékok keletkeznek. Ezekből közvetlenül a megfelelő halogén-, nitril- és fenolszármazékok állíthatók elő.

Szintetikus szempontból jelentőséggel bír, hogy erős komplexképző funkciós csoporttal (pl. R = -CH2-CH2-OH, -COOMe stb.) szubsztituált aromás szénhidrogén-származékok esetében a talliálás regioszelektív. Így például, a β-feniletanolból TTFA-val trifluorecetsav-ban (TFA) szobahőmérsékleten, kinetikai kontroll mellett túlnyomórészt az orto-, 78 °C-on pedig termodinamikai kontrollal a meta-tallium-bisz(trifluoracetát)származék keletkezik.

169


A benzoesav-metilészter karbonilcsoportja is stabil komplexet képez e reagenssel, ezért a talliálás az orto-helyzetben játszódik le.

Az aril-tallium-bisz(trifluoracetát)-származékok szén-tallium kötését homolitikusan hasítva, gyökös reakcióval bifenilszármazékok állíthatók elő.

170


A tallium(III)-sókkal számos alkil- vagy arilvándorlással járó átalakítás is megvalósítható. Ezt néhány jellemző példán szemléltetjük. Sztirolszármazékokból TTN-nel metanolban szobahőmérsékleten, magas hozammal a kiindulási anyaggal megegyező szénatomszámú aldehidek, illetve ketonok keletkeznek. A reakció első lépéseként a reagens a vinilcsoport β-szénatomjához, a nukleofil oldószer pedig az α-szénatomjához –1 kapcsolódik. Minthogy a meglehetősen gyenge (100–103 kJ mol ) tallium-szén kötés erősen polarizált, így a β-szénatomon parciális pozitív töltés jelenik meg. Ez a szomszédos szénatomhoz kapcsolódó árucsoportot vándorlásra (α→β) készteti, melynek eredményeként a megfelelő rezonanciastabilizált karbóniumion keletkezik. A következő lépésben ennek szolvolízise a megfelelő dimetil-acetálhoz, illetve -ketálhoz vezet, melynek enyhe savas hidrolízisekor a megfelelő aldehid, illetve keton keletkezik.

Hasonló módon a könnyen enolizálható ketonok oxidációja jó termeléssel a megfelelő észterekhez vezet. Így például metanolban, TTN-nel szobahőmérsékleten ciklohexanonból ciklopentánkarbonsav-metilészter, acetonofenonból pedig fenilecetsav-metilészter állítható elő.

171


Arilvándorlással játszódik le a kalkonok TTN-os oxidációja is, melynek során a megfelelő β-ketoaldehid-dimetilacetál-származékot kapjuk.

172


Ha a kalkon 2ʼ-helyzetben hidroxilcsoporttal szubsztituált, akkor ilyen módon a természetben előforduló O-heterociklusok egyik nagy csoportjába tartozó izoflavonoidok állíthatók elő. A kereskedelemben forgalmazott TTN-t Tl2O3-ból, koncentrált salétromsavban történő forralással állítják elő. Az átalakulásra jellemző, hogy a TTNmolekulák trihidrátként kristályosodnak ki a reakcióelegyből. Az így kapott TTN • 3H2O-t trimetil-ortoformiátban (TMOF) oldva az alábbi átalakulás megy végbe, miközben vízmentes reagens keletkezik.

Az előbb felsorolt átalakítások vízmentes körülmények között általában gyorsabban és kevesebb mellékterméket eredményezve játszódnak le. Így például orto-, vagy para-szubsztituált fenolokból TTN/TMOF rendszerben már alacsony hőfokon (–20 °C-on) is kvantitatív termeléssel a megfelelő szemikinolok keletkeznek.

173


Minthogy az orto-szubsztituált fenolokból keletkező orto-szemikinolok szénvázában egy konjugált 1,3-dién (4π-elektronos rendszer) és egy aktivált dienofil (2π-elektronos rendszer) molekularészlet jelen van, így belőlük 4+2 típusú Diels-Alder-féle cikloaddícióval, már szobahőfokon is jó hozammal a megfelelő 1,4,4a,8a-tetrahidro-1,4-eta-nonaftalén-6,10-dion-vázas vegyületek keletkeznek. A talliumnak és vegyületeinek gyógyszeripari felhasználását toxicitásuk és magas áruk ugyan erősen korlátozza, de a szerteágazó szerves kémiai alkalmazhatóságuk sok előnyt jelent a szintetikus kutatásokban.

Szilíciumorganikus vegyületek A szilícium szürke színű, fémesen csillogó, nagyon kemény anyag. 1823-ban Berzelius fedezte fel. A periódusos rendszer IV. főcsoportjában található és a félfémek közé tartozik. Az oxigén után a földkéreg második leggyakoribb eleme. Neve a kovakő latin nevéből (silex) származik. 2 2 Elektronkonfigurációja: [Ne]3s 3p , elektronegativitása: 1,90 (Pauling-skála). Napjainkban a fémorganikus vegyületek közül a legnagyobb mennyiségben a sziloxán kötést [-Si(Me)2-O-] tartalmazó szilíciumorganikus polimereket, a szilikonokat a Rochow és Müller által 1943-ban kidolgozott módon állítják elő. Az eljárásuk lényege, hogy ferro-szilícium fölött rézkatalizátor jelenlétében, 300 °C-on metil-klorid gázt átvezetve metil-klórszilánok keletkeznek.

Az így nyert mono-, di- és trifunkciós klórszilánok könnyen elválaszthatók egymástól, és ezt követő hidrolízisükkel lináris és térhálós sziloxán polimerek nyerhetők. Ε vegyületeket elsősorban habzásgátló, víztaszító, formaleválasztó, kiváló elektromos szigetelő, valamint oxidációval és hővel szemben ellenálló tulajdonságaik miatt az élet szinte minden területén alkalmazzák. 174

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A szilíciumorganikus vegyületek közül többnyire az alkilszilánok védőcsoportként, az alkenil-, alkinil- és arilszilánok pedig szén-szén kötés kialakítására alkalmas reagensként fontos szerepet töltenek be a szintetikus szerves kémiában.

Szilánszármazékok előállítása Transzmetallálással Alkil-, alkenil-, alkinil- és arilszilánok a megfelelő Grignard-reagensekből vagy lítiumorganikus vegyületekből trimetil-klórszilánnal állíthatók elő.

A trimetil-klórszilán az előbb említett Rochow-Mütter-eljárás révén könnyen hozzáférhető reagens.

Hidroszililezéssel A leggyakrabban alkalmazott reagens a Rochow-Müller-eljárás egyik melléktermékeként keletkező dimetil-klórszilán (Me2HSiCl). Ε vegyület addíciója alkénekre és alkinekre (hidroszililezés), hasonlóan a terminális olefinek hidroborálásához formálisan anti-Markovnyikov regioszelektivitást követ, és a szilícium a kevésbé szubsztituált szénatomhoz kapcsolódik. Ellentétben azonban a hidroborálással, a hidroszililezés nem spontán lejátszódó folyamat, az addíciót például hexaklór-platinasavval (H2PtCl6 ) lehet katalizálni.

Szilánszármazékok kémiai tulajdonságai Alkilszilánok reaktivitása –1

–1

A szilícium-szén egyszeres kötés közepesen erős. A kötéserőssége (318 kJ mol ) alig tér el a szén-szén egyszeres kötésétől (334 kJ mol ). –1 –1 A szilícium-oxigén (531 kJ mol ) és a szilícium-fluor kötés (807 kJ mol ) azonban számottevően erősebb, és így mindazon szilíciumorganikus vegyületek átalakulása, melyben ezen kötések kialakulására lehetőség van, termodinamikailag kedvező. A szilícium (χ = 1,8) és a szén (χ = 2,5) Pauling-féle elektro-negativitása számottevően különbözik, ezért a szén-szilícium egyszeres kötés erősen polarizált. A szilíciumon parciális pozitív, 175

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK a szénen pedig parciális negatív töltés alakul ki, ami a szilíciumatomot nukleofil (NuH), a szénatomot pedig elektrofil (EX) támadásra fokozottan érzékennyé teszi.

A szilícium-szén kötés elektrofil reagenssel kiváltott heterolízise annál könnyebben megy végbe, minél stabilabb a keletkező karbanion, azaz minél nagyobb a hozzárendelhető RH vegyület CH-savassága. Így az alkinilszilánok szén-szilícium kötése nukleofilekkel az alkilszilánokénál sokkal könnyebben hasítható (deszililezés). Nukleofilként vizes közegben leggyakrabban ammónium-fluoridot, szerves oldószerekben pedig hidrogénfluoridot használnak.

Arilszilánok deszililezése viszont enyhe savas kezeléssel valósítható meg.

Peterson-féle olefinézés Az oxovegyületekből foszfónium-ilidekkel olefineket és trifenilfoszfin-oxidot kapunk (Wittig-reakció), így az oxovegyületek karbonilcsoportjának oxigénje a trifenil-metilénfoszfónium-iliddel metiléncsoportra cserélhető.

Ez az átalakítás előnyösebben az ún. Peterson-féle olefinezéssel valósítható meg. 176


Ε módszer során klórmetil-trimetilszilánt vízmentes éterben magnéziummal reagáltatják, majd az így keletkező Grignard-reagenshez az – oxovegyületet adva a megfelelő addukt keletkezik. Végezetül Me3SiO hasad ki. Így aldehidekből a megfelelő 2-szubsztituált etén, ketonokból pedig 2,2-diszubsztituált etén keletkezik jó termeléssel. A Peterson-féle módszernek a Wittig-reakcióval szembeni előnye az, hogy az előbbi szterikusan gátolt ketonok esetében is alkalmazható. További előnye, hogy e reakció melléktermékeként keletkező hexametil-sziloxán – ellentétben a Wittigreakció melléktermékével, a trifenilfoszfin-oxiddal – illékony anyag, és így a terméktől könnyű elválasztani.

Allilszilánok reaktivitása Az allilszilánok a megfelelő Grignard-vegyületekből transzmetallálással könnyen előállítható vegyületek. Az allilszilánok – ellentétben az alkilszilánokkal – szinte valamennyi elektrofillel készségesen reagálnak. A legtöbb esetben az átalakulás regioszelektív módon a γ-szénatomon játszódik le, és a trimetilszilil-csoport eliminációjával jár.

177

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK +

A reakció első lépésében az allilszilil-származék keletkezik, majd az elektrofil (E ) addícióját követően a β-szénatomon pozitív töltés alakul ki. Az így született karbéniumion üres pz pályája (HOMO) és a szomszédos szilícium-szén kötés lazító pályája (LUMO) közötti kölcsönhatás, az ún. β-effektus, – – a Hammond-elvből adódóan – megkönnyíti az előző lépésben keletkezett nukleofil (X ) támadása révén a szén-szén kettős kötés kialakulását. Allilszilánok katalitikus mennyiségű Lewis-sav jelenlétében aldehidekkel és ketonokkal szén-szén kötés kialakulása közben reagálnak és jó termeléssel a megfelelő monoallil-alkoholok keletkeznek.

Szilil-enol-éterek reaktivitása Szilil-enol-éterek az α-helyzetben hidrogént tartalmazó ketonokból trimetil-klórszilánnal állíthatók elő. A karbonilvegyület deprotonálásához általában nem szükséges erős bázis, a trietil-amin is megfelelő. Az allilszilánokhoz hasonlóan a szilil-enol-éterek titán-tetraklorid jelenlétében készségesen reagálnak elektrofilekkel, és a megfelelő α-szubsztituált ketonok keletkeznek.

178


Így például primer, szekunder és tercier alkil-halogenidekkel α-helyzetben alkilezhetők. Aldehidekkel reagáltatva (Mukaiyama-féle aldolreakció) pedig a megfelelő aldolszármazékok keletkeznek.

Mindkét esetben titán-tetraklorid katalizálja az átalakulást. Az utóbbi reakciónál feltehetően a katalizátor részvételével hattagú gyűrűs átmeneti állapot alakul ki és így a körülményektől (oldószer, hőmérséklet) függő mértékű diasztereoszelektivitás is elérhető. Az ún. Danishefsky-dién (1-metoxi-3-trimetilszililoxi-1,3-butadién) és egy elektronban szegény dienofil, mint például a metil-propenal között melegítés hatására a [4+2]-Diels-Alder-reakció regioszelektív módon játszódik le. A regioszelektivitás oka, hogy a Danishefsky-dién elektronban leggazdagabb szénatomja (β) a dienofil elektronban legszegényebb szénatomjával (βʼ) kapcsolódik össze.

179


Szilíciumorganikus védőcsoportok alkalmazása a szerves kémiában A különféle kémiai átalakítások során a védőcsoportok központi szerepet töltenek be a szintetikus szerves kémiában. A megfelelően megválasztott védőcsoporttal biztosíthatjuk a molekula valamilyen szerkezeti elemének (funkciós csoportjának) átmeneti védelmét. Egy vegyület meghatározott szerkezeti egysége akkor töltheti be a védőcsoport funkciót, ha az felsorolt követelményeknek megfelel. Vagyis, ha: a. kereskedelemben könnyen hozzáférhető és olcsó vegyületből származtatható, b. egyszerűen és hatékonyan beépíthető, c. az átalakítások széles körében, beleértve a reakcióelegy feldolgozását is, stabil, d. de adott körülmények között könnyen eltávolítható, e. az eltávolítása során keletkező melléktermék(ek) a célvegyülettől könnyen elválasztható (k). Ortogonálisnak nevezzük azokat a védőcsoportokat, melyek egy adott reagenssel meghatározott körülmények között szelektíven távolíthatók el. Ilyenek például az alkoholos vagy a fenolos hidroxilcsoport megvédésére alkalmas benzil (Bn)-, vagy (és) tritil (Tr)-csoport. Az utóbbi ecetsavval benzilcsoport jelenlétében szelektíven távolítható el.

180


A szelektivitást a szén-oxigén kötés heterolitikus hasadását követően keletkező karbéniumionok eltérő stabilitása okozza. A trifenilmetil-kation stabilabb, mint a benzil-kation, ezért az O-Tr kötés hasad gyorsabban (k1 > k2). Figyelembe véve a szilícium (χ = 1,8), a szén (χ = 2,5), a nitrogén (χ = 3,0) és az oxigén (χ = 3,5) Pauling-féle elektronegativitását, a szilíciumX heteronukleáris egyszeres kötés polarizáltsága az X = szén < nitrogén < oxigén sorrendben számottevően nő. Így a szilícium-szén egyszeres kötés reaktivitására a fentebb említett megállapítások a szilícium-nitrogén és a szilícium-oxigén egyszeres kötésre fokozottan érvényesek, azaz nukleofilekkel és elektrofilekkel is könnyen hasíthatok. A preparatív szerves kémiai gyakorlatban alkoholos és fenolos hidroxilcsoport megvédésére az alább felsorolt szililcsoportokat alkalmazzák a leggyakrabban. a) Trimetilszilil-(TMS)-csoport: a TMS-étereket legolcsóbb módon a megfelelő alkoholokból trimetilszilil-kloriddal (TMSCl) vízmentes diklórmetánban, acetonitrilben, tetra-hidrofuránban vagy dimetilformamidban piridin vagy trietil-amin jelenlétében állítják elő. A TMS-csoport szobahőmérsékleten ecetsavban szolvolízissel vagy kálium-karbonáttal metanolban könnyen eltávolítható.

181


b) Trietilszilil-(TES)-csoport: a TES-éterek előállítása és hasítása a TMS-éterhez hasonlóan történik, de nukleofil támadással szemben 10–100-szor stabilabbak, mint a megfelelő TMS-éterek. Hasonló különbség figyelhető meg a közel semleges eluensekkel végzett kromatográfiás tisztításuk során is. c) terc-Butil-dimetilszilil-(TBDMS vagy TBS)-csoport: egyike a legszélesebb körben alkalmazott szililvédőcsoportoknak. A TBS-éterek előállítása TPS-kloridddal (TPSCl) a TMS-étereknél megadott módon történik A TMSCl- és TESCl-től eltérően ez a reagens primer alkoholokkal gyorsabban reagál, mint a szekunderekkel, a terc-alkoholokkal pedig egyáltalán nem, így például a β-D-glükozidok primer hidroxilcsoportjára (C-6) szelektíven is bevezethető. Az alkoholok TBS-étere a szokásos kromatográfiás elválasztási körülmények között meglehetősen stabil vegyületek, de 0 °C-on ellenállnak olyan erős bázisoknak is, mint amilyen a n-alkillítium, vagy a Grignard-reagens. Szobahőmérsékleten ecetsavval szolvolízissel, piridínium-toziláttal (PPTS) metanolban, valamint vizes acetonitrilben fluorid-anionnal könnyen hasíthatok. Savra fokozottan érzékeny vegyületek esetében a hasítást HF piridin komplex-szel metanolban lehet jó hozammal megvalósítani. Preparatív szempontból említésre érdemes, hogy jelenlétükben mind a TMS-, mind pedig TES-csoport vizes triflour-ecetsavval eltávolítható. Meglehetősen stabilak fémhidridekkel (LAH és DIBALH) végzett redukció során is. A fenolok TBS-éterei az alkoholokénál kevésbé stabilak, ugyanakkor pedig megfelelő védelmet nyújtanak a n-BuLi-mal történő bróm-lítium csere és a káliumkarbonáttal metanolban végzett acetáthidrolízis során is. d) terc-Butil-difenilszilil-(TBDPS)-csoport: általános tapasztalat, hogy a szilil-éterek szterikus zsúfoltságának növelésé fokozza a stabilitásukat savas közegben, ezért a preparatív gyakorlatban használatos szililvédőcsoportok közül a TBDPS-csoport a legellenállóbb a savas hidrolízissel szemben. Ezen körülmények között például a TBS-éterek szilícium-oxigén kötése 100–250-szer gyorsabban hasad, és így a TBS-csoport a TBDPScsoport jelenlétében szelektíven is eltávolítható. Ez legelőnyösebben hidrogén-fluoriddal acetonitrilben, vagy a HF-piridinnel alkotott komplexével, tetrahidrofuránban valósítható meg. e) triizopropilszilil-(TIPS)-csoport: szintén nagy térigényű szililvédőcsoport. A TBS- és TBDPS-csoportnál stabilabb nukleofilekkel szemben, ugyanakkor sav hatására TBDPS-csoportnál gyorsabban hidrolizál.

182

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A TIPS-éterek előállítása triizopropilszilil-kloriddal (TPSCl) a TES-étereknél vázolt módon történik, és a TBSCl-hez hasonlóan a TPSCl sem reagál a terc-alkoholokkal. Említésre érdemes, hogy a felsorolt szilil-éterek alkoholokból és fenolokból előállíthatók a sokkal reaktívabb, de számottevően drágább reagenssel, a megfelelő szilil-triflátokkal (R3SiOTf) is katalitikus mennyiségű imidazol, DAMP, trietil-amin vagy 2,6-lutidin jelenlétében vízmentes diklórmetánban vagy acetonitrilben.

Rézorganikus vegyületek A réz egyike a legrégebben ismert fémeknek. A neve a latin cuprum szóból származik, ami ciprusi ércet jelent. A rezet Kr. e. 4500-ban Sinaiban már bányászták. Közép-Európában pedig Kr. u. 922-ben Frankenbergben (Szászország) nyitották meg az első rézbányát. A réz egy világosvörös, 10 1 viszonylag lágy, jól nyújtható és megmunkálható fém. Elektronkonfigurációja: [Ar] 3d 4s , elektronegativitása: 1,90 (Pauling-skála). A 4s pályán lévő 9 2 elektronjának leadásával 18 elektront tartalmazó M-héjjal lezárt réz(I)-kation vezethető le. Az alapállapotú réz promócióját követően az [Ar] (3d) (4s) elektronkonfigurációjú gerjesztett állapoton keresztül két elektron leadásával a réz(II)-kationhoz jutunk. A réz az elektronszerkezetéből adódóan könnyen képez különféle komplexeket. Szerves vegyületeik közül csak a +l-es oxidációs állapotúak stabilak, de ezek reaktivitása meglehetősen csekély és így a preparatív szerves kémiai alkalmazásuk jelentéktelen. 1952-ben Gilman felismerése változtatott ezen a helyzeten.

Rézorganikus vegyületek előállítása Lítiumorganikus vegyülettel Gilman megfigyelte, hogy a réz(I)-halogenidekből lítiumorganikus vegyületekkel (RLi) az R2CuLi sztöchiometriai összetételű reaktív fémorganikus vegyületek, az ún. Gilman-féle homokuprátok keletkeznek.

Az átalakulás első lépésében réz(I)-jodidból, -bromidból vagy -kloridból vízmentes dietil-éterben vagy tetrahidrofuránban mólekvivalensnyi alkillítiummal (RLi) a rosszul oldódó monoorganikus réz(I)-vegyület keletkezik, amely egy újabb mólekvivalensnyi RLi hozzáadása után keverés mellett feloldódva a Gilman-féle homokupráttá (R2CuLi) alakul át. Az oldatban a homokuprát a reakcióban keletkező lítium-halogeniddel asszociátumot képez, és ezért a szerkezetét helyesebb az R2CuLi • LiX képlettel szemléltetni. 183

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Napjainkban a szakirodalomban a két fémet tartalmazó RRʼCuLi-típusú vegyületeket alacsonyabb rendű kuprátoknak (lower order cuprates) is nevezik, és aszerint, ha R = Rʼ, akkor homokuprátokról, ha pedig R ≠ Rʼ, akkor vegyes vagy heterokuprátokról (mixed cuprates) beszélünk. A Gilman-féle homokuprátok reakcióiban csak az egyik R-csoport reagál a szubsztráttal, a másik R-csoport pedig melléktermékként (RCuLi•LiX) a feldolgozás során elvész. Minthogy egy mól termék előállításához 2 mól lítiumorganikus vegyület szükséges, ezért az átalakítás szubsztrátra számított termelése legfeljebb 50% lehet. Költségkímélés céljából, ezért két különböző lítiumorganikus prekurzorból olyan ún. vegyes (hetero) kuprátokat állítottak elő, amelyek reakcióiban csak az egyik R-csoport, az ún. „transzferábilis” (RT) hasznosul. A másikat, amely réz hatására jóval kisebb mértékben válik szabaddá, „reziduális” csoportnak (RR) nevezik. Reziduális csoportként legelterjedtebben a kereskedelemben hozzáférhető, aránylag olcsó vegyületekből könnyen nyerhető alkinil-, cianid-, tiolát- és 2-tienilcsoportot (2-Th) használják. Az alkalmazásuk előnyét a tiolát- és a 2-tienilcsoport példáján az α,β-telítetlen karbonilvegyületek regioszelektív átalakításával szemléltetjük.

Grignard-reagenssel Réz(I)-halogenidből mólekvivalensnyi Grignard-reagenssel vízmentes éterben, tetrahidrofuránban, vagy dimetil-szulfidban, a Gilman-féle monokuprát halomagnézium analógja keletkezik, amely egy újabb mólekvivalensnyi Grignard-reagenssel az előbb említett Gilman-reagens halomagnézium analógjává alakítható.

Hamarosan az is ismertté vált, hogy az így nyert kuprátok reakciókészsége a réz(I)-halogenidek tisztaságától erősen függ, ezért a könnyebben hozzáférhető nagy tisztaságú réz(I)-cianidból alkilmagnézium-kloriddal, vízmentes tetrahidrofuránban, alacsony hőmérsékleten bórtrifluorid-éterát (BF3·Et2O) jelenlétében az RTCu(CN)RMgCl·BF3 összetételű kuprátokat állították elő, melyek a szén-szén kötés kialakításának széles körben alkalmazott reagensei lettek.

184

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Említésre érdemes, hogy az előbbi reagenseket katalitikus mennyiségű réz(I)-sókkal (CuI, CuBr vagy CuCN), valamint ezek dimetil-szulfid komplexeként is használják.

Organocink-reagenssel A Reformatszkij-szintézis ismertetése során utaltunk arra, hogy az ún. funkciós csoportot (functional group: FG) tartalmazó szerves halogénvegyületekből a megfelelő cinkorganikus vegyületek jó hozammal nyerhetők. Ε vegyületek réz(I)-cianiddal ún. egy-lombik reakcióban könnyen az FG-RTCu(CN)RZnI kuprátokká alakíthatók át.

Rézorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai A rézorganikus vegyületek kémiai tulajdonságait a réz és az alkalmazott ún. társfém együttesen határozzák meg. A Gilman-reagensben a réz a lágy nukleofil, míg a lítium a kemény elektrofil centrumnak tekinthető, és így e vegyületekkel addíciós és szubsztitúciós átalakítások valósíthatók meg.

Addíciós reakciók A Gilman-kuprátok és a magnézium, valamint a cink analógjaik készségesen reagálnak α,β-telítetlen aldehidekkel, ketonokkal, észterekkel, karbonsavamidokkal, nitrilekkel, szulfoxidokkal, nitrovegyületekkel, és kemoszelektív módon 1,4-addícióval a megfelelő C-alkil-(aril) -származékok keletkeznek.

A Gilman-féle homokuprátokkal végzett 1,4-addíció során keletkező lítium-enolát nemcsak savval, mint kemény elektrofillal, hanem lágy elektrofilekkel 1 2 (RX, RCHO, R COR ) is közömbösíthető. A kemény elektrofil az oxigénen reagál és így az enolformán keresztül a megfelelő karbonilvegyületet kapjuk meg. A lágy elektrofilek pedig a lítium-enolát β-szén-atomjához kapcsolódva a megfelelő α-szubsztituált karbonilvegyületek előállítását teszik lehetővé. 185


Magnéziumkuprátok addíciója terminális acetilénekre régió- és sztereoszelektív módon játszódik le, és az 1,2-szin-addíció során a megfelelő 1 2 vinilkuprátok keletkeznek. Ezeket elektrofilekkel reagáltatva – ha az R ≠ R , akkor e szubsztituensektől függően – az (E), vagy a (Z)-konfigurációjú olefinszármazékokat állíthatjuk elő.

Azid-alkin cikloaddíció: ʼClick Chemistryʼ A ʼClick Chemistryʼ fogalmát 2001-ben Sharpless olyan, széles körben alkalmazható reakciók leírására vezette be, amelyek magas hozammal melléktermék képződése nélkül játszódnak le. Ilyen reakció a Huisgen által felismert rézkatalizált, alkilaziddal végbemenő 1,3-dipoláris cikloaddíció, melynek során terminális alkinekből 1,4-vagy 1,5-diszubsztituált 1,2,3-triazolok képződnek. A célvegyületek regiokémiája a katalizátor típusától függ. A réz(I)-sókkal katalizált átalakulás során vízben 1,4-diszubsztituált-, ruténiumkatalizátorral 1,4-dioxánban pedig 1,5-diszubsztituált-1,2,3-triazin keletkezik.

186

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Az 1,4-diszubsztituált-1,2,3-triazin képződését a következő módon képzelik el.

A szintézis első lépésében a terminális alkinből fémrézzel a megfelelő kuprát keletkezik, ami az alkilaziddal három lépésben 1,4-diszubsztituált-1,2,3triazol-6-il-kupráttá alakul át. Ez a közbenső termék a katalitikus ciklus első lépésében keletkezett protonnal, mint elektrofillel reagál és így az 1,4diszubsztituált 1,2,3-triazolt kapjuk meg. Az 1,5-diszubsztituált-1,2,3-triazol képződését pedig a következőképpen képzelik el.

187


A ruténiumkatalizált alkilazid addíció első lépése az azid és az alkin oxidatív kapcsolódása, amelyet egy hattagú rutena-heterociklus képződése követ. Ezután egy új szén-nitrogén kötés jön létre az alkin elektronegatívabb szénatomja és az azid terminális, elektrofil nitrogénatomja között. Ezt a lépést a sebességmeghatározó reduktív elimináció követi, amely az 1,5-diszubsztituált-1,2,3-triazol végterméket eredményezi. A tez(trifenilfoszfin)penta-metilciklopenta-1,3-dién-5-il-ruténium-klorid szerkezetét a következő ábrán tüntettük fel.

Szubsztitúciós reakciók Elemi réz által katalizált szubsztitúciók 188

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Aril-jodidokból vagy arildiazónium-hidrogénszulfátokból elemi réz által katalizált reakcióban a megfelelő szimmetrikus biarilszármazékok keletkeznek (Ullmann-reakció). Az előbbiekben a jód réz(I)-katalizált nukleofil szubsztitúcióval is kicserélhető („Ullmann-típusú” reakció).

Az Ullmann-reakció mechanizmusát – ellentétben a 198. oldalon leírtakkal – ma már nem gyökös átalakulásként értelmezik. Az ariljodidból kétlépéses oxidatív addícióval [Cu(0)→Cu(II)→Cu(I)] a megfelelő arilréz(I)-származék keletkezik, amely ekvivalensnyi arilhalogeniddel ugyancsak oxidatív addícióba lép, és végül reduktív eliminációval a megfelelő biarilvegyületté alakul át, a következő sematikus ábra szerint.

Epoxidok sztereoszelektív gyűrűfelnyitása katalitikus mennyiségű CuI/RMgX reagenssel Epoxidok Grignard-reagensekkel kiváltott rézkatalizált gyűrűfelnyílása során főtermékként a transz-szubsztituált termék képződik.

189


Aszimmetrikus epoxidok esetén – az előbbiekhez hasonló sztereokémiái következményekkel – a Grignard-vegyület nukleofil szénatomja elsősorban az epoxid primer szénatomján támad.

Allil-halogenidek, -alkoholok és mezilátjaik sztereoszelektív átalakítása Enantiomertiszta (E)-1,3-diszubsztiuált allil-halogenidek, -alkoholok és mezilátjaik Gilman-féle kuprátokkal a γ-szénatomjukon (C-3) antisztereoszelektivitással allilátrendeződés közben reagálnak, és e koncertikus folyamatban magas hozammal a megfelelő királis (E)-olefinek keletkeznek.

Titánorganikus vegyületek A titán a kilencedik leggyakrabban előforduló elem a földkéregben. Ε különleges tulajdonságú elemet Klaproth a görög mitológiában Gaia és Uranosz gyermekeinek, az erő megtestesítőinek a neve (Titánok) után 1795-ben titánnak nevezte el. Először – ugyan nem teljesen tiszta formában – Berzelius állította elő 1825-ben, majd 1910-ben Hunter a titán-tetraklorid fémnátriummal végzett redukciójával jutott a tiszta titánhoz.

190

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A titán ezüstfehér, jól alakítható könnyűfém, széles körben használják, így például különféle titánötvözetekből készítik az űrhajók hőpajzsát is. 2 2 Elektronkonfigurációja [Ar]3d 4s , elektronegativitása 1,54 (Pauling-skála). Szerves elemorganikus származéka a rendkívüli szilárdságú titán-karbid (TiC). A szerves szintézisben a titán(IV)-sókat főként szén-szén kötés kialakításánál használják.

Titánorganikus vegyületek előállítása Transzmetallálással Magnézium-, lítium- és cinkorganikus vegyületekből titán-tetrakloriddal, klórtitán-alkoholáttal és klórtitán-diizopropilamiddal változatos összetételű titánorganikus vegyületek nyerhetők.

Az alkoxi-, illetve di-i-propilamid-csoportot tartalmazó titán-kloridokat titán-tetrakloridból tetraalkoxi-titánnal, illetve lítium-di-i-propilamiddal vízmentes éterben vagy diklór-metánban állítják elő.

Az egyik leggyakrabban alkalmazott titánorganikus vegyület a metil-tri(i-propiloxi)titán [MeTi(Oi-Pr)3]. További titántartalmú szerves reagensek az alkiltitán-kloridok, amelyeknek szerves prekurzorai általában a megfelelő alkillítium-, alkilcink- vagy alkilalumínium-származékok.

191


Titánorganikus vegyületek kémiai tulajdonságai A titánorganikus vegyületek kémiai tulajdonságait alapvetően a társfém, a ligandumaik és az alkalmazott oldószer tulajdonsága határozza meg. A titánorganikus vegyületek a titán elektronszerkezetéből adódóan, Lewis-savak. A saverősségük az elektrondonor tulajdonságú ligandumaik (pl. OR) számától függ és azok számának növelésével az alábbi sorrendben csökken.

Ε mellett nukleofil karakterük is van, és ez az elektrondonor ligandumaik hatására az alábbiak szerint módosul.

Ε tulajdonságaikból adódóan jellemző reakcióik a szubsztitúció és az addíció.

Szubsztitúciós reakciók Halogén helyettesítése alkilcsoporttal Az (E)-alkénekből fenilszulfenil-kloriddal (PhSCl) anti-, a (Z)-alkénekből pedig a szin-β-klórszulfidok képződnek. Ezek klóratomja katalitikus mennyiségű titán(IV)-klorid jelenlétében dimetil-cinkkel, konfiguráció retencióval metilcsoportra cserélhető. A dimetil-cinkből titán(IV)-kloriddal ugyanis transzmetallálással dimetiltitán-diklorid [(CH3)2TiCl2] keletkezik, ami a halogént konfiguráció retencióval metilcsoportra cseréli. 192


A halogén-alkil csere sebessége a halogént viselő szénatom rendűségétől függ. Így például a 2,4-diklór-2-metilbutánból hasonló körülmények között 80%-os termeléssel a 3,3-di-metilbutil-klorid keletkezik.

Epoxidok gyűrűfelnyitása A 2-fenil-sztirol-oxid gyűrűfelnyitása nukleofilekkel, például metoxid-anionnal, túlnyomórészt az 1-fenil-2-metoxietán-1-ol-hoz vezet. Érdekes módon, alliltitán reagensekkel 99%-os regioszelektivitással az epoxidgyűrű ellenkező irányban nyílik fel, azaz az allilcsoport nem a primer, hanem a szekunder szénatomhoz kapcsolódik. Említésre érdemes, hogy a megfelelő Grignard-reagens esetében a regioszektivitás számottevően romlik, míg a szerves rézvegyületek a metoxidanionnal általában azonos módon reagálnak.

193


Addíciós reakciók A titánorganikus vegyületek nukleofilitásának oldószerfüggése eltér a lítiumorganikus vegyületekétől, mégpedig a CH2Cl2 >> Et2O >> THF sorrendben csökken. Ennek oka, hogy a titánorganikus vegyületek apoláris oldószerekben többnyire már monomer formában vannak jelen, továbbá komplexálódásuk a Lewis-bázis-típusú oldószerekben (Et2O, THF) háttérbe szorul. Mindezek következményeként a titánorganikus vegyületek készséggel addícionálódnak karbonilvegyületekre és az addíció sebessége a következő sorrendben változik:

A szerkezettől függő jelentős reakciósebesség-különbség kemoszelektív átalakítások lehetőségét teremti meg. Ezt az alábbi két példán szemléltetjük.

Alliltitán-halogenidek addíciója Aldehidekből és prokirális ketonokból az (E)- és (Z)-krotil-Ti(OʼPr)3, az (E)- és (Z)-krotil-Ti(OʼPr)4MgCl vagy az (E)- és (Z)-krotil-Ti(NEt2)3 reagenssel 90–95%-os diasztereoszelektivitással a megfelelő anti-, illetve szin-addukt keletkezik. A diasztereoszelektivitás e reagens erős Lewissav karakterének köszönhető és hattagú „szék-konformációjú” átmeneti állapottal magyarázható.

Mukaiyama-Michael-addíció 194

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Enolszilánokból α,β-telítetlen aldehidekkel és ketonokkal titán(IV)-klorid jelenlétében Michael-típusú addícióval a megfelelő 1,5-dioxovegyületek keletkeznek.

Különleges reaktivitás A titánorganikus vegyületek szintetikus jelentőségét támasztják alá a következőkben felsorolt példák is. Jóllehet ezek a szerves kémiai reakciók hagyományos felosztása szerinti csoportok (addíció, szubsztitúció, elimináció és átrendeződés, vagy izomerizáció) egyikébe sem sorolhatók, ugyanakkor preparatív jelentőségük elvitathatatlan. Ketonok karbonilcsoportjának helyettesítése geminális dimetilcsoporttal Ketonok karbonilcsoportja dimetiltitán-dikloriddal jó hozammal geminális dimetilcsoportra [-C(Me)2-] cserélhető. Hasonlóan a halogén-alkil cserereakcióhoz, ez esetben is a titánorganikus reagens Lewis-sav jellege a hajtóereje az átalakulásnak.

A reakció első lépésében a dimetiltitán-diklorid komplexképzésre kevésbé hajlamos diklórmetánban a keton karboniloxigénjéhez kötődik. Ezt követően a szén-oxigén közötti π-kötés felnyílik, és a titánról az egyik metilcsoport a karbonilcsoport szénatomjára vándorol át. Egy újabb mólekvivalensnyi titánreagens hatására a megfelelő terc-karbéniumion keletkezik, amelyre a dimetiltitán-dikloridról metilcsoport vándorol át. Tebbe-reakció 195

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Ellentétben a Wittig-reakcióval, nemcsak aldehidek és ketonok, hanem észterek, laktonok, tioészterek, amidok karbonilcsoportja is az ún. Tebbereagenssel jó termeléssel metilén-csoportra cserélhető. A reagenst bisz(ciklopentadién)titán-dikloridból trimetil-alumíniummal állítják elő.

A reakció első lépésében e két fémorganikus vegyületből Lewis-bázis (B) hatására hidrogén-klorid hasad ki, és a titán az alumíniummal metiléncsoporton keresztül kapcsolódik össze. Ezt követően ebből, az oxigénre és nedvességre nagyon érzékeny intermedierből a Lewis-bázis hatására BHAlMeCl vesztéssel a „titán-ilidet”, az ún. Tebbe-reagenst kapjuk. Ennek karbonilcsoportra történő addíciójával a megfelelő titánt tartalmazó oxetánszármazék keletkezik, melynek bisz(ciklopentadienil)titán-oxid vesztése vezet a megfelelő 1,1-di-szubsztituált eténhez. Említésre érdemes, hogy ellentétben a Wittig-reakcióval, ez a módszer a könnyen enolizálható aldehidek és ketonok esetében is használható. Az aldehidek és a ketonok átalakítására pedig költségkímélőbb a megfelelő „titán-ilid”-et (X2Ti=CH2, ahol X = Br vagy/és Cl) dibrómmetánból titán(IV)kloriddal vízmentes tetrahidrofuránban cinkpor jelenlétében előállítani. Ugyanakkor a CH2I2/Zn/Ti(OʼPr)4 típusú reagens kemoszelektív – mint azt a ketoaldehidek példája is mutatja – azaz magas hozammal (>95%) csak a formilcsoport oxigénjét cseréli ki ez a reagens metiléncsoportra.

McMurry-reakció Aldehidek és ketonok alacsonyabb oxidációs számú titán-halogenidek [Ti(III), Ti(II)] jelenlétében szimmetrikusan szubsztituált olefinekké alakíthatók. Az alacsonyabb oxidáció számú titán-kloridokat titán-tri- és -tetrakloridból, lítium-tetrahidrido-alumináttal (LiAlH4), vízmentes éterben állítják elő.

196


Az így keletkezett vegyület felületén elektronátadással az oxovegyületekből a megfelelő gyökanionok keletkeznek, melyek összekapcsolódásával a megfelelő 1,2-diol dianionját kapjuk meg, amelyet azután az alacsony oxidációs fokú titán a kívánt alkénné redukál. Ezzel a módszerrel valósították meg számos természetes vegyület, közöttük az A-vitaminból a β-karotin szintézisét is.

Sharpless-epoxidáció 1980-ban Sharpless és Katsuki közölték, hogy allil-alkoholok epoxidációja terc-butilhidroperoxiddal, tetraizopropoxititán és királis borkősavmetilészter jelenlétében enantio- és diasztereoszelektív módon megy végbe.

197


Az is hamarosan ismertté vált, hogy a 95%-t meghaladó szelektivitás kialakulásában sem a borkősav-észter ún. alkoholkomponensének, sem a mólarányának nincs meghatározó szerepe. A sztöchiomertikus mennyiségű borkősav-metil-, -etil- vagy izopropilészter jelenlétében a szelektivitás ugyanis számottevően nem változik, és molekulaszita jelenlétében – amely vizet köt meg – elegendő a tetraizopropoxititánt és borkősav-észtert katalitikus mennyiségben (1/20 mól %) alkalmazni. Jóllehet a reakció mechanizmusa nem tisztázott minden részletében, az bizonyos, hogy a tartarátból és a tetraizopropoxititánból egy olyan királis komplex keletkezik, amelyhez az allil-alkohol-származék a borkősav abszolút konfigurációjától függő módon illeszkedik, és így (a példában Ζ olefinből kiindulva) a 2R,3R-tartarát jelenlétében az epoxid abszolút konfigurációi R és S lesznek, a 2S,3S tartarát jelenlétében pedig az enantiomer epoxidvegyületet kapjuk. Az is kiderült, hogy a reakció során a szubsztrátum és a tetraizopropiloxititán között kovalens kötés nem alakul ki, így az átalakulás definíció szerint nem sorolható a titánorganikus vegyületek reakciói közé. A reakciónak e helyen történő tárgyalását a kiemelkedő szintetikus jelentősége indokolja. Ezt jelzi az is, hogy 2001-ben Sharplessnek e területen végzett munkásságát Nobel-díjjal ismerték el.

198


Palládiumorganikus vegyületek Az utóbbi 2–3 évtizedben a fémorganikus kémia segítségével – különösképpen a palládiumorganikus vegyületekkel – számos olyan átalakítást megvalósították, melyekre korábban egyáltalán nem, vagy csak nagyon szélsőséges körülmények között, többnyire alacsony termeléssel volt lehetőség. Ilyenek, a Suzuki (Suzuki-Miyaura-reakció néven is említik a szakirodalomban)-, a Kamsch-, a Stille-, a Negishi-, a Sonogashira- és a Heck-féle szén-szén kötés kialakulásával járó reakciók (Suzuki, Negishi és Heck munkásságuk elismeréseként 2010-ben megosztott Nobel-díjban részesültek), valamint a Buchwald-Hartwig-féle szén-nitrogén kötés létesítésére alkalmas kapcsolás. Mindegyik módszer – köszönhetően magas hozamuknak és a többnyire tervezhető kemo-, regio- és sztereokémiájuknak – ma már a szintetikus szerves kémia nélkülözhetetlen fegyvertárába tartozik. A palládiumkatalizált keresztkapcsolási reakciónak is nevezett szén-szén kötés kialakítás kiindulási anyagai, az aril-, (het)aril-vagy vinilhalogenidek, illetve szulfonatok és egy olyan Rʼ-M-típusú fémorganikus vegyület, melyben, ha az Μ bór, akkor Suzuki-reakcióról, ha magnézium, akkor Kamsch-reakcióról, ha cink, akkor Negishi-reakcióról, ha ón, akkor Stille-reakcióról, ha réz, akkor Sonogashira-reakcióról beszélünk. Heckreakciónak pedig a szubsztituált alkének és aril-, (het)aril- vagy vinil-halogenid, illetve -szulfonatok között palládiumkatalízissel lejátszódó szén-szén kötés kialakítást nevezzük.

Palládiumkatalízissel lejátszódó keresztkapcsolási reakciók Ε reakciókban a nukleofil tulajdonságú Rʼ-M fémorganikus vegyületet reagál palládiumkatalízissel az R-X aril-, (het)aril-, vinil- vagy alkinilhalogenidekkel, illetve -szulfonátokkal. Katalizátorként többnyire a tetrakisz(trifenilfoszfin)palládium(0)-t [Pd(PPh3)4] alkalmazzák. Az átalakulás egyes lépéseit a következő ábra szemlélteti.

199


Ε folyamat első lépésében a fémpalládium-komplex [Pd(0)L2] az RX-szel reagál és szén-fém σ-kötés kialakulása közben az ún. transz-Pd(II) komplex keletkezik. Ezt az átalakítást oxidatív addíciónak nevezzük, amely a katalitikus körfolyamatnak gyakran a sebességmeghatározó lépése is. Mint azt a következő ábra szemlélteti, ez a lépés analóg folyamat a Grignard-vegyület képződésével. Ennek megfelelően az RX-vegyület R-cso-portjának elektronszívó hatása jelentősen megkönnyíti a fémpalládiumnak a szén-halogén kötésbe történő beékelődését.

200

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK A következő lépésben az R-Pd(0)-X palládiumorganikus vegyület az Rʼ-Mʼ típusú fémorganikus vegyülettel reagál (transzmetallálás), az X-csoport Mʼ-csoportra cserélődik ki, és a transz-R-Pd(II)-Rʼ komplex keletkezik. Ezt követően ez a komplex izomerizációval cisz-izomerré alakul át, és ily módon a szerves ligandumok térbeli elrendeződése lehetővé teszi a szénszén kötés kialakulását. A ciklus végén a katalizátorként használt palládium aktív formája [Pd(0)] újraképződik. Megjegyzendő, hogy e körfolyamat elemi lépéseiből adódóan, – ellentétben a Grignard-reakcióval – a melléktermékekhez vezető ún. homokapcsolási reakciók (R-R és Rʼ-Rʼ képződése) jelentős mértékben háttérbe szorulnak, ugyanakkor az oxidatív addícióval keletkező komplex [R-Pd(II)-X], különösen a halogenidek esetében βeliminációval már szobahőmérsékleten is bomlik, és ez a keresztkapcsolás termelését számottevően csökkenti.

A palládium legfontosabb tulajdonságai A Pd elektronegativitása 2,2, közepes érték a Pauling-skálán. A nem poláris Pd-H és a Pd-C, valamint a poláris Pd-X (X = heteroatom, legtöbbször Cl, Br és I) kötések erősek. A palládium 0 vagy +2 oxidációs állapotú lehet. Az oxidatív addíciót, transzmetallálást és reduktív eliminációt magában foglaló komplexmechanizmusú körfolyamatban a palládium mindkét oxidációs állapotú formája megjelenik, és ennek megfelelően a komplex geometriája a 10 reakció előrehaladása során dinamikusan változik. A palládium elektronkonfigurációja [Kr]4d , ami a d-pályán lévő 4 koordinációs hely betöltésével stabilis komplexek képződésére ad lehetőséget, így mind a HOMO, mind pedig a LUMO pályájukkal reakcióba léphetnek. Nemcsak π-kötésű vegyületekhez (például alkénekhez vagy alkinekhez) kapcsolódhatnak, hanem könnyen képeznek σ-kötést is a nemkötő elektronpárral rendelkező donorokkal (pl. aminokkal, foszfinokkal).

Palládiumkatalizátorok típusai A szén-szén kötés kialakításához használatos Pd(0) katalizátort Pd(II) vegyületekből redukcióval állítják elő. Az egyik igen gyakran használt típus a tetrakisz(trifenilfoszfin)palládium(0) [Pd(PPh3)4]. Ezt palládium(II)-kloridból és trifenilfoszfinból hidrazin-hidráttal végzett redukcióval állítják elő, miközben az utóbbi N2-vé oxidálódik. Ez a sárgászöld színű kristályos komplex fényre és levegőre érzékeny vegyület, ezért célszerű hűtőszekrényben, argonatmoszférában tárolni.

3

Ebben a koordinációsán telített komplexben a palládium(0) sp hibridállapotú, a trifenilfoszfin ligandumok a szabályos tetraéder csúcsain helyezkednek el és a Pd-P vegyértékszögek értéke közelítőleg 108°. Oldatban ez a komplex két trifenilfoszfin molekula disszociációjával – megteremtve az oxidatív addíció feltétét – a 14 elektront tartalmazó telítetlen aktív komplexhez vezet.

201


A szerves kémiai szintézisekben a palládium(II)-vegyületeket sztöchiometrikus, míg a Pd(0) formát katalitikus mennyiségben használják. A Pd(II)-vegyületek közül főként Pd(II)-kloridot [PdCl2], Pd(II)-acetátot [Pd(OAc)2], bisz(acetilacetonáto)-palládium(II)-t [Pd(acac)2] és a palládiumdibenzilidénacetont [Pd2(dba)3] alkalmazzák. Az utóbbi két vegyület szerkezetét a következő ábrán szemléltetjük.

202


A palládium-dibenzilidénaceton [Pd2(dba)3] esetében a palládium három dibenzilidén-aceton molekula kettős kötéseivel létesít koordinatív kötést és a reaktív 16 elektronos rendszer így alakul ki. Ez a molekula általában foszfinligandumokkal PdLn típusú komplexeket képez. A Pd(0)-vegyületek előállításához leggyakrabban a palládium(II)-kloridot használják. Ez a vegyület vízben és szerves oldószerekben kevéssé, de híg sósavban, valamint néhány szerves oldószerben is oldódik. Acetonitrilben az oldódását követően a [PdCl2(PhCN)2] komplex keletkezik. Az M2PdCl4 (M = Li, Na, K) képletű komplexek vízben jól, szerves oldószerekben pedig mérsékelten oldódnak. A palládium(II)-acetát vízben és szerves oldószerekben is jól oldódik és tributilfoszfinnal (n-Bu3P) redukálva különösen aktív Pd(0) katalizátor keletkezik, mivel ekkor foszfinmentes Pd(0)-t kapunk.

Karasch-keresztkapcsolás Az első palládiumkatalizált keresztkapcsolást Karasch 1941-ben írta le. Megfigyelte, hogy a Grignard-reagensek aril-halogenidekkel fémpalládium jelenétében készségesen reagálnak és az aril-halogenid halogénje a Grignard-reagens R-csoportjára cserélődik ki.

Ε reakció elterjedését erősen korlátozta, hogy a Grignard-reagensek nemcsak a levegőre és nedvességre is igen érzékeny vegyületek, hanem a szerves vegyületekben előforduló funkciós csoportok többségét sem tolerálják. A hetvenes évek elején a homogén palládium, de főként a homogén nikkelkatalizátorok bevezetését követően a Kamsch-reakció alkalmazási köre kissé bővült, de a jóval szelektívebb Suzuki-, Stille-, Negishi-, valamint Sonogashim-féle keresztkapcsolások megjelenése után, az alkalmazása szinte teljesen visszaszorult. 203


Suzuki-keresztkapcsolás A Suzuki-reakcióban a fémorganikus vegyület, a megfelelő aril-, alkil- vagy alkenil-bór-savval, (Rʼ)-borátokkal vagy -boránokkal reagál. Ezek hőre stabil, vízre és oxigénre általában nem érzékeny vegyületek, és így a kapcsolás az aril-, (het)aril- és vinil-halogenidekkel (RX) viszonylag enyhe körülmények között megvalósítható. További előny még, hogy különféle funkciós csoportokat tartalmazó vegyületek, valamint az ún. „nemaktivált” aril-halogenidek esetében is használható.

A Suzuki-reakció katalitikus körfolyamatát a következő ábra szemlélteti.

A körfolyamat ez esetben is három fő lépésre, az oxidatív addícióra, a transzmetallálásra és a reduktív eliminációra bontható. 204

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Az első lépésben a Pd(0) az alkil-, vinil- vagy aril-halogenid, illetve -triflát (R-X) szénhalogén (illetve -oxigén) kötésébe ékelődik be, és a megfelelő Pd(II) komplex keletkezik (oxidatív addíció). Az R-X reaktivitása az X = jód > triflát > bróm > klór sorrendben csökken, a fluorvegyületek pedig nem reagálnak. Az oxidatív addícióval keletkező R-Pd(II)-X komplexek elektrofilitása esetenként csekély, de ez jelentősen fokozható a szerves oldószerben végzett kapcsolásnál a halogénnek nátrium-metanoláttal (MY), metanolátanionra, vizes oldatban pedig kálium-karbonáttal (MY), karbonátanionra történő cseréjével [R-Pd(II)-X → R-Pd(II)-Y]. Ugyanakkor az arilbórsavból az ariiborát keletkezik, miközben nukleofilitása számottevően nő. Ε két hatás eredményeként jó termeléssel alakul ki a szén-szén kötés (R-Rʼ), miközben a kiindulási Pd(0) komplex is újratermelődik. Suzuki-reakciók kemo-, regio- és sztereoszelektivitása A reagens, a katalizátor és a reakciókörülmények alkalmas megválasztásakor a reakció kemoszelektív. Így például a triflátoxi és klór távozó csoportokat viselő szénatomok reaktivitási sorrendje az alkalmazott katalizátortól függ. A palládium-dibenzilidénaceton, (t-Bu)3P és KI jelenlétében, terahidrofuránban szobahőmérsékleten a p-triflourmetánszulfoniloxi-klórbenzol a klóratomot hordozó szénatomjával reagál. Palládium(II)-acetát és tri(ciklo-hexil)foszfin jelenlétében az előbbivel megegyező körülmények között az aril-bórsavval a kapcsolás a trifluormetánszulfoniloxi-csoportot hordozó szénatomon játszódik le.

Nagyfokú kemoszelektivitás figyelhető meg a vinil-halogenidek p-brómfenil-bórsavval végzett keresztkapcsoláskor is. A katalizátor, a trisz(trifenilfoszfin)palládium-diklorid kizárólag a vinil-bromiddal reagál és az oxidatív addícióval a megfelelő vinil-palládium(II)-bromid keletkezik. Ezt követően a p-brómfenil-bórsav bóratomot viselő szénatomjával alakítja ki a szén-szén kötést. Megjegyzendő, hogy ezen körülmények között a pbrómfenil-bórsav a brómatomot viselő szénatomjával a katalizátorral egyáltalán nem reagál, és így a keresztkapcsolás önmagával nem játszódik le.

205


Magas regioszelektivitás azonos halogénatomokat tartalmazó származékok esetében már ritkábban valósítható meg. Így például, a 4,5-diklór-2metilpiridazin-3(2H)-on (2-pivalo-ilamino)fenil-bórsavval történő reakciójában a megfelelő 5-klór-4-aril- és 4-klór-5-aril-2-me-tilpiridazin-3(2H)-onszármazék 2:1 arányú keveréke mellett, 4-klór-5-aril-2-metilpiridazin-3(2H)-on-nal azonos mennyiségben a 4,5-diaril-2-metilpiridazin-3(2H)-on is képződik.

Palládiumkatalizált reakciók, így a Suzuki-reakció esetében általában a β-elimináció sztereokémiája a ciklusos, illetve aciklusos alkének esetében különböző. A palládium beékelődése mindkét esetben szin-addícióval játszódik le, és ezt követően az aciklusos alkének esetében a β-hidrogén szin-eliminációjával a transz-alkén képződik. Ennek az a magyarázata, hogy az addukt szabad rotációra képes, és így termodinamikai kontrollal a stabilabb transz-alkén képződik. 206

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Ciklusos alkén esetén viszont az adduktban az Rʼ-csoportot viselő szénatomhoz kapcsolódó hirogénatom α-térállása – gyűrűs szerkezete miatt – rögzített, és ezért szin-eliminációval a megfelelő allilvegyület keletkezik.

Jelentősen szélesítette a Suzuki-kapcsolás alkalmazási körét az a felismerés, hogy aromás bórsavak könnyen előállíthatók az ún. irányított lítiálási reakcióval (directed ortho-metallation). Megfelelő irányító csoportot (pl. MeO-, MOMO-, CONEt2 stb.) tartalmazó benzolszármazékok lítiálásával, majd a keletkező lítiumorganikus vegyület trialkilborátos bontásával jó termeléssel aromás bórsavakat, majd ezt követően arilhalogenidekkel végzett Suzuki-kapcsolással biarilszármazékokat lehet előállítani. Ezt a lehetőséget például a természetben előforduló tumorgátló hatású alkaloid, a kriptosanguilentin szintézisénél magyar kutatók használták ki.

207


Stille-keresztkapcsolás Ε folyamatban a transzmetallálás az ónorganikus vegyületről történik a palládiumra. Előnye, hogy az ónorganikus vegyületek könnyen előállíthatók, toleránsak a legtöbb funkciós csoporttal szemben és készségesen reagálnak az oxidatív addícióban keletkezett palládium intermedierrel. Jelentős hátrány jelent azonban az, hogy nagyon mérgező vegyületek, és ráadásul a végterméket többnyire nehéz ónmentesíteni.

A különböző szerves csoportok átvitele a palládiumra számottevően eltérő sebességgel játszódik le (Rʼ = akinil > alkenil > aril > allil > alkil). Általában erre a célra trimetil- és tributilón-származékokat használják, mivel sem a metil-, sem a butilcsoport nem vesz részt a reakcióban. A funkciós csoportok nagyfokú toleranciáját a következő példák szemléltetik. Az antibakteriális hatású kinolonkarbonsavak közé tartozó bonyolult szerkezetű molekula esetében is jól alkalmazható szén-szén kötés létesítésére ez a módszer. A 3-etoxiciklopentenon lítium-tributilsztannáttal lejátszódó reakciójában jó hozammal a 3-tributilsztannil-2-cikloalkenon keletkezik, amelynek palládiumkatalizált kemoszelektív kapcsolása vezet a kívánt célvegyülethez.

208


Negishi-keresztkapcsolás A cinkorganikus vegyületekkel végzett Pd(0)-katalizált reakciót Negishi ismerte fel. A cinkorganikus vegyületek könnyen hozzáférhetők, a funkciós csoportok egy jelentős részét tolerálják és – hasonlóan az ónorganikus vegyületekhez – szintén gyorsan reagálnak az oxidatív addícóban keletkezett palládium intermedierrel. Ε módszert ezért széles körben használják a szén-szén kötés kialakításra. Hátránya, hogy a cinkorganikus vegyületek oxigénre és nedvességre érzékenyek, és ezért leggyakrabban ezeket a megfelelő lítium- vagy a magnéziumorganikus vegyületekből cink-halogenidekkel in situ állítják elő.

Az alábbi bi(het)aril-vegyületek szintézise jól illusztrálja a reakció teljesítőképességét.

Ebben a keresztkapcsolási reakcióban a cink-kloridot 100%-os feleslegben kell alkalmazni. Ennek oka feltehetően az, hogy a lítium-cink csere során az imidazol-cink addukt dimerként keletkezik és ez aril-halogenidekkel nem reagál. Újabb mólekvivalensnyi cink-klorid hatására a dimer addukt gyorsan átalakul a monomerré, amelyből az ezt követő reakcióban a keresztkapcsolt termék keletkezik.

209


Egy másik fontos, farmakológiailag értékes heterociklusos vegyületcsalád, az indolok egyszerű arilezése valósítható meg a Negishikeresztkapcsolással. Az 1H-1-fenilszulfonil-3-jódindolból aktív cinkkel szobahőmérsékleten a megfelelő indol-cink addukt keletkezik, melynek Pd(0) katalizált keresztkapcsolása jódbenzollal, 2-brómpiridinnel vagy 2-jód-tiazollal a megfelelő 3-arilindol-származékokhoz vezet.

210


Sonogashira-keresztkapcsolás A palládiumkatalízissel lejátszódó reakcióban a monoszubsztituált etin és egy alkil-, aril-, vagy heteroaril-halogenid között, általában (Ph3P)2PdCl2 katalizátor és réz(I)-jodid kokatalizátor, valamint egy szekunder amin jelenlétében (mint oldószerben is) alakul ki a szén-szén kötés.

Az alkinek – az alkénekhez hasonlóan – az átmenetifémekkel készséggel képeznek komplexeket, de a nukleofilitásuk számottevően kisebb a megfelelő alkénkomplexekénél. Ezért a szintetikus alkalmazási körük némileg korlátozott. Ugyanakkor réz (I)-halogenidből szekunder amin jelenlétében a monoszubsztituált etinből nyert rézorganikus vegyületek már nemcsak készségesen reagálnak az alkil-, aril- vagy heteroarilpailádiumhalogeniddel, hanem a szén-szén kötés kialakulását követően formálisan intramolekuláris nukleofil addícióval a megfelelően helyettesített benzo[b]furánvázas vegyületekké alakulnak át.

A reakció pontos mechanizmusa ugyan még nem ismert, de az valószínű, hogy a gyűrűzárás is palládium(0) által katalizált folyamat. A cisz-1hidroxi-2-(3ʼ-R)-propargilciklopentánból ugyanis csak PdCl2(PhCN)2 jelenlétében keletkezik jó termeléssel az 2-Rʼ-2,3-dihidrociklopentano[b]furán (Rʼ= R–CH2–)

211


5-Jóduracilból trimetilszilil-acetilénnel katalitikus mennyiségű PdCl2(PPh3)2 és réz(I)-jodid jelenlétében jó termeléssel az 5-etiniluracil trimetilszililszármazéka keletkezik, melynek híg nátrium-hidroxiddal végzett deszililezésével az 5-etiniluracil jó termeléssel állítható elő.

Ezt a vegyület a „klasszikus” úton, azaz a trimetilszilil-acetilén CH-savasságát kihasználva az 5-jóduracilból nem lehet előállítani.

Heck-reakció A palládiumkatalizált reakciók szintén széles körben elterjedt változata a Heck-reakció. A reakció általános egyenlete jól mutatja alkalmazási lehetőségeit.

212

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK 1

A helyettesített alkének és aril-, (het)aril-, vinil-halogenidek, illetve szulfonátok (R X) között lejátszódó reakció első lépésében a fémpalládium az RʼX szén-halogén kötésbe ékelődik be, és Rʼ-Pd(II)-X komplex keletkezik (oxidatív addíció).

A következő lépésben ez a komplex szin-addícióval a monoszubsztituált alkénnel reagál és a palládium(II) az R-csoportot viselő szénatommal alakít ki σ-kötést. Ezt követően – mivel ez az addukt szabad rotációra képes – a β-hidrogén szin-eliminációjával a termodinamikailag stabilabb transz-alkén keletkezik. A helyettesített alkének Heck-féle arilezése sok esetben magas regioszelektivitással valósítható meg. Ezt példázza a dopamin agonista hatású racém-preclamol szintézise.

213


Az 1-propil-1,2,5,6-tetrahidropiridinből 1-(benziloxi)-3-jódbenzollal acetonitrilben ezüstnitrát, palládium(II) acetát, tri(o-tolil)foszfin és trietilamin, mint bázis jelenlétében túlnyomó részben (3-aril/4-aril ≡ 14) a megfelelő 3-arilszármazék keletkezett, melynek katalitikus hidrogénezésével a racém preclamort kapták meg. +

A nagy fokú regioszelektivitásnak oka, hogy az arilpalládium(II)-jodid szin-addíciójakor az árucsoport az alkén C-3 helyzetű szénatomjához, a PdI kation pedig a C-4 helyzetűhöz kapcsolódik, mivel így a nitrogénatom részvételével nem a három, hanem a stabilabb öttagú σ-addukt keletkezik. A 4 kapcsolás záró lépésében a Δ -kettős kötés trietilamin hatására lejátszódó eliminációval épül ki. A Heck-reakció inter- és intramolekuláris változatai – mint azt a következő két példa is szemlélteti – e szén-szén kötés kialakítási módszer szintetikus szerves kémiai alkalmazási körét jelentősen bővítették.

214


A Heck-reakció egyik különleges változata az ún. Heck-féle oxiarilezés, amellyel benzo[b]furán-származékok egyszerű szintézise valósítható meg. Az intramolekuláris változata különösen alkalmas 2-allil-fenoloknak 2-metilbenzo[b]furán-származékokká történő magas hozamú átalakítására.

A 2-allil-fenolból, benzolban, katalitikus mennyiségű palládium(II)-acetát és réz(II)-acetát jelenlétében szobahőmérsékleten levegő átbuborékoltatása mellett közel kvantitatív termeléssel a 2-metilbenzo[b]furán keletkezik. A palládium(II)-acetát ugyanis készségesen reagál az allilcsoport kettős kötésével és az ún. π -allil-palládium(II)-acetát-típusú komplex keletkezik. A következő lépésben a fenolos hidroxilcsoport nukleofil támadása révén 215

FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK alakul ki a 2,3-dihidrobenzo[b]benzofurán gyűrűrendszert tartalmazó palládium intermedier, melyből a β-eliminációt követő kettőskötés-vándorlással keletkezik a kívánt vegyület. A reduktív elimináció során keletkezett palládium(II)-acetátot a Cu(II)/Cu(I)/O2 redoxrendszer alakítja át Pd(0)-vá. Az intermolekuláris Heck-oxiarilezéssel a 2H-kroménekből mind 2-jódfenol, mind 2-klór-merkurifenol-származékokból a természetes eredetű Oheterociklusok egyik farmakológiailag aktív képviselőinek, a pterokarpánoknak a szintézise valósítható meg. A 2H-kroménből a Pd(0) által katalizált reakcióban a megfelelő szin-addukt keletkezik. Ezt követően a β-eliminációra ez esetben azonban nincs lehetőség, és így a bázis hatására a HX eliminációját követően alakul ki a cisz-anellált dihidrobenzofuro-benzopirán gyűrűrendszer.

Ez a módszer számos, természetben előforduló biológiailag aktív származék magas hozamú előállítását tette lehetővé.

Buchwald-Hartwig-reakció Ε reakcióban alkil- vagy aril-halogenidek és szekunder aminok vagy fenolok között Pd(0)-katalízissel bázis jelenlétében alakul ki a megfelelő szénheteroatom (N, illetve O) kötés.

216


A reakciómechnizmus formailag megegyezik a keresztkapcsolási reakciókéval, de a transzmetallálási lépés helyett a halogenid nukleofil szubsztitúciója játszódik le a palládiumon. Az aminok és fenolok nukleofilitását ekvivalensnyi erős bázissal kell megnövelni. Figyelemre méltó, hogy nemaktivált halogénvegyületek esetében is magas hozammal játszódik le a reakció, mint azt a 4-morfolinofenol 4-brómfenolból és morfolinból történő előállítása is mutatja.

217

A. függelék - SZAKKIFEJEZÉSEK MAGYARÁZATA α- és β-konfiguráció. Telített gyűrűs vegyületek szubsztituenseinek relatív konfigurációját megadó betűjel. Ha a szubsztituens a gyűrűrendszer síkja előtt helyezkedik el, akkor β-, ha pedig mögötte, akkor α-konfigurációról (térállásról) beszélünk. Abszolút konfiguráció. A tükörképével fedésbe nem hozható királis molekulák atomjainak térbeli elrendeződése. Akirálisak azok a molekulák (tárgyak), amelyek tükörképükkel fedésbe hozhatók. Aktiválási energia. A kémiai reakcióban a kiindulási állapot és az aktivált komplex energiakülönbsége. Aktivált komplex. Semleges vagy töltéssel rendelkező atomok olyan elrendeződése, amely a reagens és a szubsztrátum termékké történő egylépéses átalakulását leíró potenciális energia profil maximumához tartozik és valóságos forgási és rezgési állapotokkal bír. Ennek egy kitüntetett vegyértékrezgése megfelelő kötéshasadással vezet a termékhez. Anomerek. Szénhidrátok ciklusos formájából levezethető diasztereomerek, amelyek az aldózok esetében a C(1), ketózok esetében a C(2) kiralitás (ún. anomer) centrum konfigurációjában különböznek egymástól. Anti (görög szó, jelentése: szemben levő, ellentétes). A kifejezés láncszerű vegyületekben lévő két sztereogén centrum relatív konfigurációjának (vagy azokat érintő kémiai átalakulás irányának) jelölésére használható. A láncot planáris cikkcakk konformációban ábrázolva, ha a sztereogén centrum ligandumai a sík ellenkező oldalán vannak, akkor anti, ha azonos oldalon vannak, akkor szin térállásról (vagy átalakulásról) beszélünk. Aromaticitás. Telítetlen gyűrűs vegyületek fokozott termodinamikai stabilitása, amely a megfelelő nyílt láncú vegyületek kémiai sajátságaitól eltérő kémiai tulajdonságokkal párosul. Amonociklusos folytonosan konjugált vegyületek, az ún. annulének esetében az aromaticitás feltétele 4n+2 számú delokalizált π-elektronnal rendelkező planáris gyűrűs váz. Aszimmetria (vagy sztereogén) centrum. Olyan tetraéderes atom, amelyhez négy különböző csoport (szubsztituens) kapcsolódik. A periódusos rendszer harmadik sorának elemei esetében a nemkötő elektronpár is szubsztituensnek számíthat. Átmeneti állapot. Egy kémiai reakció során a reagáló komponensek termékekhez vezető átalakulását kisérő energiaváltozás maximumához tartozó hipotetikus állapot. Többlépéses reakcióban minden egyes lépéshez egy-egy átmeneti állapot tartozik. Átmeneti szerkezet. Atomoknak olyan hipotetikus, mozgásmentes elrendeződése, amely az ún. átmeneti állapothoz tartozik és a reaktáns(ok) termék(ek)ké történő egylépéses átalakulását írja le. Atompálya (pálya). A térnek az a része (burkolófelület), ahol az elektron előfordulási valószínűsége 90%. 218

SZAKKIFEJEZÉSEK MAGYARÁZATA Atropizomerek olyan sztereoizomerek, amelyek egyes kötés körüli nagymértékű gátolt rotáció révén különíthetők el egymástól. Axiális helyzet. A ciklohexán gyűrű három nem szomszédos atomjának képzeletbeli síkjára merőlegesen álló atomok vagy atomcsoportok térhelyzete (vö. ekvatoriális). Axiális kiralitás. Királis tengely körül elhelyezkedő négy csoport nem planáris helyzetéből származó kiralitás. Ilyen található pl. az allénekben (abC=C=Cab). Baeyer-feszültség. A vegyértékszög optimális értékétől való eltérésből adódó energiatöbblet. Szokásos szögfeszültségnek is nevezni. Cisz (latin szó, jelentése: azonos oldalon lévő). Egy, a Z-(zusammen) előtag jelentéséhez hasonló, általában egy kettős kötés azonos oldalán elhelyezkedő atomokra vagy csoportokra vonatkozó jelölés. A fogalom gyűrűs vegyületek azonos oldalán elhelyezkedő szubsztituensek jelölésére is használatos. Ellentéte a transz- vagy az E (entgegen)-előtag. Degenerált pályák. Azonos energiaszintű atom- vagy molekulapályák. Diasztereomerek/diasztereoizomerek. Olyan sztereoizomerek, amelyek nem enantiomer viszonyban vannak egymással. Egy n számú sztereogén centrumot tartalmazó vegyületnek legfeljebb 2n számú diasztereoizomerje lehetséges. E (entgegen, német szó, jelentése: egymással szemben levő). A kettős kötést tartalmazó vegyületek Cahn–Ingold–Prelog-rendszer szerinti sztereokémiai jelölésére szolgáló betűjel. Kiemelten azt az esetet jelöli, amikor a pillératomokhoz kapcsolódó két magasabb rangú csoport (és a két alacsonyabb rangú csoport) a kettős kötés ellentétes oldalán helyezkedik el. A Z-előtag ellentéte. Ekvatoriális helyzet. A ciklohexán gyűrű három nem szomszédos atomjának képzeletbeli síkjával közel azonos síkban elhelyezkedő atomok vagy atomcsoportok térhelyzete. Elektrofil (elektronokat kedvelő) olyan kationid reagens vagy elektronhiányos molekula (X), amely valamely C–X kötés létesítéséhez a kötőelektronpárok mindkét tagját a szénatomtól kapja. Elemi reakció. Kinetikai szempontból egyetlen átmeneti állapoton keresztül lejátszódó átalakulás. Egy összetett (komplex) reakció több elemi reakcióval írható le. Előegyensúly. Olyan gyors, reverzíbilis lépés, amely összetett reakció esetén megelőzi a sebességmeghatározó lépést. Enantiomer. Tükörképi, egymással fedésbe nem hozható párt képező molekulák egyike. Enantiomerfelesleg. Királis vegyületek enantiomertisztaságára vonatkozó szám, amely megmutatja az egyik enantiomer százalékban kifejezett többletét a racemáthoz képest. Újabban e fogalom helyett az enantiomerarányt használják, amely az enantiomerek százalékos arányát adja meg. Enantioszelektív reakció. Olyan kémiai átalakulás, amelyben az egyik enantiomer gyorsabban képződik (vagy reagál), mint a másik; mértékét az enantiomerfelesleggel (ee) vagy enantiomeraránnyal jellemezzük. 219

SZAKKIFEJEZÉSEK MAGYARÁZATA Endo-exo. Egy biciklusos molekulában a legkisebb tagszámú híd irányába néző szubsztituens térállásának jelölése. Az endo szubsztituens a legnagyobb híd irányába néz. Endergonikus reakció. A kémiai reakciót kísérő ΔG szabadentalpia (angol nyelvű szakirodalomban „Gibbs-szabadenergia”) -változás pozitív. Ellentétete az exergonikus reakció. Endoterm reakció. Olyan kémiai átalakulás, melynek entalpiaváltozása (ΔH, reakcóhőnek is szokás nevezni) pozitív. Ellentétete az exoterm reakció. Epimerek. Olyan diasztereomerek, amelyek egyetlen sztereogén centrum konfigurációjában különböznek egymástól. Eritro. Két szomszédos kiralitáscentrumot tartalmazó molekula esetében alkalmazott jelölés. A molekulát a Fischer-projekció szerint ábrázolva, az eritro-izomerben a kiralitáscentrumokhoz kapcsolódó két azonos (vagy hasonló) szubsztituens azonos oldalon van. Ellenkező esetben treo-izomerről beszélünk. Exergonikus reakció. A kémiai reakciót kísérő ΔG szabadentalpia (angol nyelvű szakirodalomban „Gibbs-szabadenergia”) -változás negatív. Ellentétete az endergonikus reakció. Fischer-projekció. A háromdimenziós molekulamodell olyan síkra vetített ábrázolása, amelyben a molekula fő láncát vertikálisan ábrázoljuk (a magasabb oxidáltsági fokú láncvég van felül). A vetítési sík előtt elhelyezkedő csoportokat pedig horizontálisan helyezzük el. Gauche (francia szó, jelentése: ferde). Az A–B–C–D rendszerben az A- és D-atom (vagy csoport) azon térhelyzete, amelyben az ABCD torziós szög +60° vagy –60° körüli érték. Helicitás. Egy hélix, propeller vagy csavar hajlásiránya. Amennyiben ez az irány jobbkezes (pozitív irány, jelölése P), akkor a hajlásirány megegyezik az óramutató járásának irányával, ha a tengely mentén távolodunk a megfigyelőtől, míg ellenkező esetben balkezes (negatív irány, jelölése M) alakzatról beszélünk. Heterolízis. Akovalens kötés felhasadásának azon módja, amikor az egyik fragmens a kötés mindkét elektronjával együtt távozik. E folyamat rendszerint pozitív és negatív ionokat eredményez. Homolízis. A kovalens kötés felhasadásának azon módja, amikor mindkét fragmens a kötés egy-egy elektronjával távozik. A homolízis rendszerint gyököket eredményez. HOMO (angol betűszó, jelentése: highest occupied molecular orbital). A legmagasabb energiaszintű betöltött molekulapálya. Intermedier. A többlépéses reakcióban a reagens(ek) és a termék(ek) közötti potenciális energia profil lokális minimumához rendelhető véges élettartamú semleges molekula, gyök vagy ion. Az a reakció, mely intermedieren keresztül megy végbe, szükségképpen többlépéses reakció. Ha az intermedier rövid élettartamú, akkor általában reaktív intermediernek nevezzük. Karbéniumion („klasszikus karbokation” a régebbi szakirodalomban karbóniumion). A karbokationok egyik fajtája, melynek pozitív töltésű központi 2 szénatomja sp hibridállapotú, azaz a hibridpályákra merőleges p pályája üres. 220

SZAKKIFEJEZÉSEK MAGYARÁZATA Karbóniumion („nemklasszikus karbokation”). A pozitív töltésű öt- (vagy négy) ligandumos szénatom. Kemoszelektív reakció. Olyan átalakulás, amelyben a molekula potenciálisan reaktív funkciós csoportjai közül csak egy reagál. Kemoszelektív reagens. A kemoszelektív reakció kifejezéssel rokon fogalom, mely azt jelenti, hogy egy adott reagens egy vagy több lehetséges reakciója közül az adott esetben csak az egyik kedvezményezett. Kezdeti állapot. Egy kémiai reakció kiindulási anyagainak az adott hőmérséklethez és nyomáshoz tartozó, moláris mennyiségére vonatkozó termodinamikai állapota. Kinetikus kontroll. A termékösszetételt képződési sebességek aránya szabja meg (vö. termodinamikus kontroll). Ez esetben a reakció az adott körülmények között irreverzíbilisnek tekinthető. Királis. A tükörképével fedésbe nem hozható molekula (általánosságban valamely alakzat). Királitás (vagy aszimmetria) centrum. Tetraéderes (Xabcd) vagy trigonális piramis (Xabc) struktúrákban az X-atom, amelyhez négy (ill. három) különböző ligandum kapcsolódik és amelyet a Cahn–Ingold–Prelog-szabály szerint R vagy S betűvel jelölhetünk. A molekulát tükrözve kiralitása megfordul. Koncertikus reakció. Két vagy több kötés létesülésével vagy megszünésével, egylépésben végbemenő reakció. A koncertikus reakció lehet szinkron (a kötésfelhasadás és az új kötés létrejötte időben azonos mértékben megy végbe), vagy aszinkron (a kötésfelhasadás és az új kötés létrejötte időben nem azonos mértékben megy végbe). A legtöbb koncertikus reakció aszikron módon játszódik le. Konfiguráció. Az atomoknak a molekulán belüli egymáshoz viszonyított, rögzített térbeli elrendeződése. Konfiguráció inverziója. Egy adott molekula ellentétes relatív konfigurációjú másik molekulába történő átalakítása; ellentéte a retenció. Konfiguráció retenciója. Egy adott molekula azonos relatív konfigurációjú másik molekulába történő átalakítása; ellentéte az inverzió. Konformáció. Atomoknak molekulán belüli olyan elrendeződése, amely az egyes kötés(ek) körüli rotációval képezhető. Konjugált (vagy 1,4-) addíció. Nukleofil reagens addíciója α,β-telítetlen karbonilvegyület β-helyzetű atomjára. Ha az addíció szén nukleofillel megy végbe, akkor a reakció Michaeladdíció néven ismert. Konjugált bázis. Az a molekula vagy ion, amely akkor jön létre, amikor egy sav leadja protonját. Konjugált sav. Az a molekula vagy ion, amely akkor jön létre, amikor egy bázis megköt egy protont. Konnektivitás (konstitúció). Egy molekula vagy csoport atomjainak kapcsolódási sorrendje. 221

SZAKKIFEJEZÉSEK MAGYARÁZATA Konstitúciós izomerek. Azok a vegyületek, amelyeknek összegképlete azonos, de atomjaik kapcsolódási sorrendje eltérő. LUMO (angol betűszó, jelentése: lowest unoccupied molecular orbital). A legalacsonyabb energiaszintű be nem töltött molekulapálya. Molekuláris potenciális (helyzeti) energia. Az atomoknak az adott elrendeződéséhez tartozó energiája, mely nem tartalmazza a transzlációs energiát. Mutarotáció. Az optikai forgatás időbeli változása. A cukorkémiában az anomer szénatom konfigurációjának változására utal. Nukleofil (atomtörzset kedvelő). Olyan anionid reagens vagy magányos elektronpárral rendelkező molekula (X), amely valamely C–X kötés létesítéséhez a kötőelektronpár mindkét tagját szolgáltatja. Pitzer-feszültség. A torziós szög optimális értékétől való eltérésből adódó energiatöbblet. Szokás torziós feszültségnek is nevezni. R (rectus, latin szó, jelentése: jobb). Egy adott aszimmetriacentrumnak az a konfigurációja, amelyben a Cahn–Ingold–Prelog-szabályok szerinti csoportsorrend (a legmagasabbtól a második legalacsonyabbig) az óramutató járásával megegyezik. A molekulát a szemünktől legtávolabb lévő legalacsonyabb rangú csoporttal létesített kötés mentén szemléljük. Ellentéte az S-konfiguráció. Racemát. (R,S pár). Két enantiomer ekvimoláris elegye szilárd, folyékony vagy gázfázisban, illetve oldatban. Az elegynek nincs optikai aktivitása. Racemizáció. Racemát képződése királis, nemracém kiindulási anyagból. Racém vegyület (más néven racemát). Olyan racemát, amelyben a két enantiomer kristályt alkot. Akristály elemi cellája azonos számú enantiomermolekulát tartalmaz. Optikai aktivitása nincs. Reagens. A kémiai átalakulásban az a támadó partner, melynek reakcióképes centruma nem szénatom. Amennyiben a támadó reagens reakcióképes centruma is szénatom, úgy a reagens és szubsztrátum fogalmak megválasztása önkéntes. Reakciókoordináta. A reakció előrehaladási fokának jellemzésére szolgáló szám. Például egy kétatomos molekula disszociációjakor a kötéshosszúság változása. Reakcióprofil. A reaktáns(ok) termék(ek)ké alakulását jellemző, a kiindulási állapottól a potenciális energiát, moláris entalpiát vagy szabadenergiát a reakciókoordináta függvényében feltüntető diagram. Regioszelektív reakció esetén egy bizonyos kötés létesülése vagy megszünése kedvezményezett. Például HX típusú molekula addíciója nem szimmetrikusan szubsztituált alkénre. Retroszintetikus analízis. Egy célmolekula hozzáférhető kiindulási vegyületekké történő hipotetikus visszaalakítási folyamata kötések megszüntetésével és/vagy funkciós csoport átalakítások révén. 222

SZAKKIFEJEZÉSEK MAGYARÁZATA Rezonanciaenergia. Amolekula, illetve egy csoport legkisebb energiájú rezonáns határszerkezete és a molekula, illetve az atomcsoport valóságos legstabilisabb szerkezetének energiája közötti energiakülönbség. Rezonancia (mezomer) forma. Számos molekula vagy csoport elektronszerkezete nem írható le egyetlen Lewis-képlettel, hanem szerkezetük két vagy több Lewis-képlettel, ún. rezonáns (más néven mezomer) határszerkezettel adható meg. Szimmetriacentrum (jelölése i). A szimmetriacentrumon áthaladó bármely egyenesen a centrumtól azonos távolságra – az egyenes centrumhoz viszonyított két oldalán – azonos elem található. Ekvivalens a kétfogású alternáló szimmetriatengellyel (S2). Szimmetriasík (jelölése σ). Az objektumot két egymással tükörképi viszonyban lévő részre osztja. Szimmetriatengely (jelölése Cn). Az n fogású szimmetriatengely körül az objektumot 360°/n szöggel elforgatva egymással fedésbe hozható képződményeket nyerünk. S (sinister, latin szó, jelentése: bal). Egy adott aszimmetriacentrumnak az a konfigurációja, amelyben a Cahn–Ingold–Prelog-szabályok szerinti csoportsorrend (a legmagasabbtól a második legalacsonyabbig) az óramutató járásával ellentétes. A molekulát a szemünktől legtávolabb elhelyezett legalacsonyabb rangú csoporttal létesített kötés mentén szemléljük. Ellentéte az R-konfiguráció. Sebességmeghatározó lépés. Többlépéses komplex reakcióban a kinetikailag leglassúbb lépés, vagyis az, amelynek a legmagasabb az aktiválási szabadentalpiája (szabadenergiája). Szin (görög szó, jelentése: együtt, azonos oldalon levő). Jelentése hasonló a cisz- vagy Z-előtag jelentéséhez, de csak korlátozottan használatos, elsősorban bizonyos reakciótípusok megnevezésénél, pl. szin-elimináció. Ellentéte az anti-előtag. Szintetikus ekvivalens. Az a reagens, amely egy szinton funkcióját betölti. Szinton. A retroszintetikus analízis során kötések megszüntetésével létrehozott hipotetikus fragmens. Sztereogén centrum. L. aszimmetriacentrum és kiralitáscentrum. Sztereoizomerek olyan izomerek, amelyekben az atomok kapcsolódási sorrendje azonos, de térbeli elrendeződésük eltérő. Két típusát különböztetjük meg: az enantiomereket és a diasztereomereket. Sztereokémia. A molekula háromdimenziós szerkezetének leírása. Sztereospecifikusnak nevezzük az olyan reakciót, melynek során csak a konfigurációjukban eltérő kiindulási anyagok ugyancsak eltérő sztereoizomereket eredményeznek. A sztereospecifikus reakció szükségszerűen sztereoszelektív, de a sztereoszelektív reakció nem szükségszerűen sztereospecifikus. Sztereoszelektív reakció. Egy racém, vagy sztereogén elemet nem tartalmazó (akirális) kiindulási vegyületből nyerhető termék lehetséges sztereoizomerjei eltérő mennyiségben keletkeznek. Ha a termékek enantiomerek, enantioszelektív (amelyet mennyiségileg az enantiomerfelesleggel 223

SZAKKIFEJEZÉSEK MAGYARÁZATA jellemzünk), ha a termékek diasztereomerek, akkor diasztereoszelektív (amelyet mennyiségileg a diasztereomerfelesleggel jellemzünk) reakcióról beszélünk. Szterikus gátlásról akkor beszélünk, amikor egy reakció sebességi állandója csökken a reaktánsok térigényének növelésével; ez rendszerint bimolekuláris mechanizmust, vagy bimolekuláris sebességmeghatározó lépést valószínűsít. Szterikus gyorsításról akkor beszélünk, amikor egy reakció sebességi állandója nő a reaktánsok térigényének növelésével; ez rendszerint unimolekuláris (monomolekuláris) reakciót, vagy egy ilyen sebességmeghatározó lépést valószínűsít. Szubsztrátumon azt a molekulát értjük, melynek reakcióképes szénatomján valamilyen reakció játszódik le. Tautomeria. A konstitúciós izoméria különleges formája, amelyben az izomerek (tautomerek) egy kettős kötés és egy hidrogén helyzetében különböznek egymástól és egymásba alakulásukhoz alacsony aktiválási energiára van szükség. Termodinamikus (vagy termodinamikai) kontroll szerint megy végbe a reakció, ha a termékösszetételt a termékek adott reakciókörülmények közötti relatív termodinamikai stabilitása határozza meg (vö. kinetikus kontroll). Ez esetben a reakcióban mód van a kémiai egyensúly beállására. Transz (latin szó, jelentése: ellentétes oldalon lévő). Egy, az E-előtag jelentéséhez hasonló, általában egy kettős kötés ellentétes oldalán elhelyezkedő atomokra vagy csoportokra vonatkozó jelölés. A fogalom gyűrűs vegyületek ellentétes oldalán elhelyezkedő szubsztituensek jelölésére is használatos. Ellentéte a cisz-előtag. Treo. Két szomszédos kiralitáscentrumot tartalmazó molekula relatív konfigurációjának megadására alkalmazott jelölés. A molekulát a Fischerprojekció szerint ábrázolva, a treo-izomerben a kiralitáscentrumokhoz kapcsolódó két azonos (vagy hasonló) szubsztituens ellentétes oldalon van. Ellenkező esetben az eritro-izomeről beszélünk. Utóegyensúly. Végső egyensúlyi lépés olyan reakcióban, amely meghatározza a termékösszetételt, de nem befolyásolja a reakciósebességet. Z (zusammen; német szó, jelentése: együtt, egy oldalon lévő). Akettős kötést tartalmazó vegyületek Cahn–Ingold–Prelog-rendszer szerinti sztereokémia jelölésére szolgáló betűjel. Kiemelten azt az esetet jelöli, amikor a pillératomokhoz kapcsolódó két magasabb rangú csoport (és a két alacsonyabb rangú csoport) a kettős kötés azonos oldalán helyezkedik el. Az E-előtag ellentéte.

224

B. függelék - Névmutató A Ac2-mechanizmus A Al1-mechanizmus abietinsav abszolút kiroptikai jel abszolút konfiguráció – – meghatározása abszorpciós spektrum Ac-CoA acetaldehid acetál(ok) acetamid acetanilid acetecetészter acetecetészter-szintézis acetecetsav acetilaceton acetilén – hidratálása acetilén-szénhidrogének 225

Névmutató acetil-klorid acetilkoenzim-A acetilkolin acetilszalicilsav acetofenon aceton acetonid acetonitril aciditás acilcsoport acilezés acilezési reakciók acilezőszerek acíliumion acil-oxigén kötéshasadással járó észterhidrolízis aci-nitrovegyületek addíció 1,2-addíció 1,4-addíció addíciós–eliminációs mechanizmusú szubsztitúció addíciós reakciók 226

Névmutató – –, diasztereoszelektív – –, enantioszelektív additív nómenklatúra adenilsav adenin AdE-reakció ADP AdR-reakció adrenalin aglikon akirális tárgy akridin akrilsav akrolein aktiválási energia – entalpia – entrópia aktiváló szubsztituens aktivált komplex aktív izoprén alanin 227

Névmutató aldársavak aldehidek – előállítása – fizikai tulajdonságai – kémiai tulajdonságai – oxidációja – szerkezete aldehid utótag Alder-féle én-reakció aldol aldoldimerizáció aldolkondenzáció aldolreakció aldózok alkáli-tiocianátok alkaloidok alkánok előállítása – előfordulása – fizikai tulajdonságai – homológ sora – kémiai tulajdonságai 228

Névmutató – nevezéktana – nitrálása, – oxidációja – stabilitása – szerkezete alkének előállítása – epoxidálása, – fizikai tulajdonságai – hidratálása – hidroborálása, – hidroxilezése, – kémiai tulajdonságai – nevezéktana – oxidációs reakciói,,, – oximerkurálása – ozonidos hasítása – stabilitása – szerkezete alkil-azid alkilezés alkil-halogenidek 229

Névmutató – lúgos hidrolízise – SN reakciója alkil-izotiocianátok alkil-oxigén kötéshasadással járó észterhidrolízis alkilszilánok alkilszulfanil-előtag alkilvándorlás alkímia alkinok előállítása – előfordulása – fizikai tulajdonságai – hidratálása – kémiai tulajdonságai – nevezéktana – stabilitása – szerkezete alkoholátion alkoholok – aciditása – alkilezése (éterképzés), 230

Névmutató – csoportosítása – dehidratálása, – eliminációs reakciói – előállítása – észteresítése – fizikai tulajdonságai – nevezéktana – nukleofil szubsztitúciós reakciói – oxidációs reakciói – rendűsége – vinilezése alkoxidion alkoxi-előtag allén allénizoméria allil-alkoholok – epoxidációja – sztereoszelektív átalakítása allilátrendeződés allil én-reakció allil-halogenidek 231

Névmutató – sztereoszelektív átalakítása allil-magnézium-halogenidek allilszilánok allofahéjsav almasav -al utótag ambidens anion – elektrofilek – nukleofilek – reakciókészség amfetamin amidazofen amigdalin amilnitrit amilopektin amilóz aminoalkilezés aminocukrok aminoglikozidok aminok – acilezése 232

Névmutató – alkilezése – bázicitása – biológiai jelentősége – előállítása – fizikai tulajdonságai – kémiai tulajdonságai – oxidációja – reakciója oxovegyületekkel – reakciója salétromossavval – rendűsége – szerkezete aminopiridin aminosavak aminosavszekvencia p-amino-szalicilsav (PAS) -amin utótag anabazin androgének androszteron angulárisan kondenzált vegyületek -anhidrid utótag 233

Névmutató anilin anilinszármazékok anizol annuláris tautoméria annulének [4n]-annulének anomer-effektus anomerek antiaromás rendszerek antibiotikumok antiklinális konformáció anti-Markovnyikov-orientáció – – termék, antiperiplanáris konformáció anti-sztereoszelektivitás antracén antraciklin-glikozid antibiotikumok antranilsav -án végződés anyarozsalkaloidok arachidonsav 234

Névmutató arginin arilcsoport aril-halogenidek arilhidrazin ariltiolok – előállítása arilvándorlás arinmechanizmus árnyékoló hatás aromás aminok – bimolekuláris nukleofil szubsztitúció – elektrofil szubsztitúció – monomolekuláris nukleofil szubsztitúció – nitrovegyületek előállítása – nukleofil szubsztitúció – szénhidrogének Arrhenius-egyenlet aszimmetrikus szénatom aszparaginsav átészterezés áthidalt gyűrűrendszer 235

Névmutató átmeneti állapot atompálya (AO) atompályák lineáris kombinációja (LCAO) ATP átpolározás átrendeződés atropin atropizoméria autooxidáció auxokróm csoport A-vitamin axiális kiralitás aza- előtag azepán azepin azet azetidin azetin azid-alkin cikloaddíció – –, rézkatalizált – –, ruténiumkatalizált 236

Névmutató aziridin azirin azobenzol azocsoport azo-előtag azokapcsolás azolok – bázicitása – előállítása – kémiai tulajdonságai azometán azoszínezékek azotométer azovegyületek – előállítása – felhasználása azoxivegyület aztreonam α-aminosavak aminocsoportjának reakciói – amino- és karboxilcsoportjának együttes reakciói – előállítása 237

Névmutató – karboxilcsoportjának reakciói – kémiai tulajdonságai – rezolválása – sav-bázis jellege – térszerkezete α-D-glükopiranóz α-diazoészter α-elimináció (1,1-elimináció) α-hélix α-hidrogén savassága α-karotin α-oxosavak, α-pinén, α-tokoferol α,β-telítetlen oxovegyületek α,ω-diepoxidok BAc-mechanizmus Baeyer-feszültség Baeyer-próba Baeyer–Villiger-oxidáció bakelit 238

Névmutató banánkötés bázicitás és nukleofilitás 9-BBN Béchamp-redukció Beckmann-féle átrendeződés Beer-törvény B1-vitamin Beilstein-próba benzaldehid, benzil-alkohol benzilcsoport benzil-halogenidek benzilidéncsoport benzilidincsoport benzin benzoesav benzofenon benzoil-klorid benzol benzoltiol benzonitril 239

Névmutató berberin, Berthelot, Pierre Eugéne Marcellin Berzelius, Jöns Jakob bifenil bilirubin biliverdin bimolekuláris elimináció – nukleofil szubsztitúció – reakció(k) biológiai metilezés Birch-redukció Bird-index bisz(jódmetil)cink B2-vitamin (riboflavin) Boc-csoport Bogdanović-féle magnézium borán bórarének bórcikloalkánok bórcikloalkének bór-enolát 240

Névmutató borepánok bór-heterociklusok borinánok boríték konformáció borkősav – izomerjei borolánok bórorganikus vegyületek – – aldolreakciója – – előállítása – – oxidációs reakciója – – Suzuki-reakciója – – sztereoszelektív redukciója bórtrifluorid-éterát, Bougert–Lambert-törvény Bragg-egyenlet brómbenzol brómcián brómecetsav-etilészter bróm-lítium csere brómozás, 241

Névmutató Brønsted–Lowry-elmélet Brønsted-bázis Brønsted-sav Brotzu, Giuseppe Brown, Herbert Charles Buchwald-Hartwig-reakció Bunsen, Robert Wilhelm Eberhard buprenorfin butadién t-butil-difenilszilil-csoport t-butil-dimetilszilil-csoport n-butil-lítium t-butil-lítium t-butil-magnézium-klorid Butlerov, Alexander Mihajlovics β-effektus β-elimináció (1,2-elimináció) β-halogénkarbonsavak β-hidroxioxovegyületek β-karotin β-konformáció 242

Névmutató β-laktám antibiotikumok β-laktámok β-laktámváz β-oxosavak β-pinén Cadet de Gassicourt, Louis Claude Cahn–Ingold–Prelog (C.I.P.) szabály C-acilezés C-alkilezés Cannizzaro-reakció –, intramolekuláris Cbz-csoport CD-színkép cefamandol cellobióz cellulóz centrális kiralitás , Chargaff-szabályok CH-savak CH-savasság ciánamid(ok) 243

Névmutató – deprotonálódása ciánhidrin(ek) – hidrolízise ciano-előtag cianidin-klorid cianokobalamin ciklitek cikloaddíciós reakció cikloalkánok csoportosítása és nevezéktana – előfordulása – fizikai tulajdonságai – kémiai tulajdonságai – stabilitása – szerkezete cikloalkének fizikai tulajdonságai – kémiai tulajdonságai – nevezéktana ciklodextrinek ciklo-előtag ciklofélacetál ciklohexén 244

Névmutató ciklohexanol ciklohexanon [3+2] ciklokondenzáció [3+3] ciklokondenzáció [4+1] ciklokondenzáció [4+2] ciklokondenzáció ciklopentadienidion ciklopentadienil-anion ciklopropánszármazék cikloszerin cikloszporin-A ciklusos éterek – – kémiai tulajdonságai cimetidin m-cimol cinkorganikus intermedier – vegyületek – – addíciós reakciói – – előállítása – – Negishi-reakciója cinnolin 245

Névmutató ciprofloxacin cirkuláris kettőstörés (cirkuláris dikroizmus) cisz-anelláció cisztein cisztin cisz–transz izoméria –, olefineké –, diszubsztituált cikloalkánoké –, kondenzált gyűrűs bicikloalkánoké citidilsav citidin citozin citrál citrin citromsav 4C

1

4

- és C1-konformáció

Claisen-kondenzáció Clar-féle szabály Clemmensen-redukció Click Chemistry C-nitrozo-aminok 246

Névmutató 13

C-NMR-spektroszkópia

13

C-NMR-színkép

C-nukleofil CoA Collins-reagens Cotton-effektus Crick, Francis Harry Compton Crookes, William C-terminális aminosav cukorfoszfátok cukor-metil-éterek Curtius, Theodor Curtius-féle lebontás C-vitamin csatolási állandó csavart kádak kiralitása csavart kád konformáció – konformáció Csicsibabin-reakció csomófelület csomósík 247

Névmutató csoportfrekvenciák –, specifikus vagy lokalizált csoportfunkciós nómenklatúra csökkent reaktivitású halogenidek DAIB Danishefsky-dién datív kovalens kötés daunomicin (daunorubicin) DBB DCC deformációs rezgés degenerált molekulapálya dehidratálás dehidrohalogénezés dekalin dekarboxileződés delokalizáció delokalizációs energia delokalizált kémiai kötés D- és L-konfiguráció deszulfurálás 248

Névmutató dezmotrópia dezoxiadenozin dezoxicitidin dezoxicukrok dezoxi-előtag dezoxiguanozin dezoxiribonukleinsavak dezoxiribonukleozidok 2-dezoxi-D-ribóz D-dezózamin D-fruktóz D-galaktóz D-galaktózamin D-glicerinaldehid konfigurációmeghatározása D-glucit D-glükársav D-glükonsav D-glükóz D-glükózamin D-glükuronsav diacilaminok 249

Névmutató dialin diamágneses árnyékolás diasztereomerek diasztereomer sópárképzés 1,3-diaxiális kölcsönhatás diazén diazénvegyületek diazepam diazepinek diazinok – előállítása – fizikai és kémiai tulajdonságai diazocsoport diazometán diazónió-előtag diazóniumcsoport diazóniumion diazóniumsók elfőzése – hidrolitikus bontása diazónium-utótag diazóniumvegyületek 250

Névmutató – előállítása – fizikai tulajdonságai – kémiai tulajdonságai diazosav diazotálás diazotátok diazovegyületek dibenzofurán diborán diciklohexil-karbodiimid didezoxi-módszer Dieckmann-kondenzáció Diels–Alder-reakció diénszintézis dietil-cink dietil-éter dietil-karbonát difenilecetsav 4

2,5-difenil-1,6,6λ -tritiopentalén-katalizátor digitálisz-glikozidok digitoxin 251

Névmutató 1,2-dihidro-1,2-diazet diizopinokampfenilborán dijód-metán diklórecetsav diklórkarbén dikumarol dilaktid dimerizációs reakciók dimetil-klórszilán dimetil-szulfát dimetil-szulfid dimetiltitán-diklorid 2,4-dinitrofenilhidrazin dioszgenin 1,2-dibrómmetán 1,4-dioxán dioxepán dipeptid dipoláris aprotikus oldószer 1,3-dipoláris cikloaddíció [+] dipoláris cikloaddíció 252

Névmutató dipolarofil dipól–dipól kölcsönhatás dipólus dipólusmomentum direkt szintézis diszacharidok diszjunkt polialkoholok – dihalogénszármazékok diszperziós kölcsönhatás diszproporcionálódás diszulfidhíd, disszociációexponens diterpének ditiepán 1,2-ditiet diureid D2-vitamin D/L-rendszer D-mannit D-mannóz D-mikózamin 253

Névmutató DNP-aminosav DNP-fehérje DNS – másodlagos szerkezete – harmadlagos szerkezete DNS-polimeráz enzim DOPA dopamin D-ribóz D-szorbit ecetsav Edman-lebontás EDTA E1cB-mechanizmus E1-reakció efedrin égéshő egyelektron-átmenet (SET) egyensúlyi kötéshossz egyértékű alkoholok egyesülési reakció 254

Névmutató egylépéses kémiai reakció – – – energiaprofilja egyszerű szénhidrátok E-izomer E-konfiguráció E2-reakció eksztázi elaidinsav elektrofil addíció – centrum – reagens – szubsztitúció elektromágneses színképtartomány elektromer effektus elektronaffinitás elektronátmenet elektronátmenetek típusai elektronegativitás elektroneltolódás elektronenergia elektronhiányos molekulák 255

Névmutató elektronionizációs tömegspektrométer elektronkonfiguráció elektronmegosztás elektronos effektusok elektronszívó szubsztituensek elektrosztatikus téreffektus életerő elmélet elfőzés elimináció eliminációs reakciók ellipticin el nem váló előtagok elsőosztályú szubsztituensek elsőrendű kémiai kötés elszappanosítás elváló előtagok emetin empirikus összegképlet enaminok enantiomerek – jobbra forgató (+) 256

Névmutató – balra forgató (–) enantiomerfelesleg enantioméria endergonikus reakció endoperoxid endo-termék endoterm folyamat – reakció enkefalin énofil vegyület enolát-anion enolforma enolok enol-piroszőlősav-foszfát -én végződés én-vegyületek entrópia epefestékek epesavak epibatidin epoxidálás 257

Névmutató epoxidok – sztereoszelektív gyűrűfelnyitása epoxi-előtag ergokalciferol ergometrin ergoszterin ergotalkaloidok ergotamin eriodiktiol eritromicin-A eritróz-4-foszfát észterhidrolízis észterképzés etanol, -etán végződés etén éterek – előállítása – hasítása – kémiai tulajdonságai – oxidációja 258

Névmutató éterképzési reakciók etil-acetoacetát etilénglikol etilén-imin etilén-oxid etilén-szulfid etin etinilezési reakciók exergonikus reakció exo-termék exoterm folyamat – reakció Eyring-egyenlet E-vitamin ezüsttükörpróba fahéjsav fajlagos forgatóképesség famotidin fázistranszfer (fázisátviteli) katalizátor fedőállás fehérjék 259

Névmutató – szerkezete fej-láb illeszkedés félacetál felépítési elv félketál félszék konformáció fémes kötés fém-karbonilok előállítása fenacetin fenantrén fenantridin fenilalanin fenilcsoport fenilecetsav feniléndiaminok fenilhidrazonok fenil-lítium fenol – ipari előállítása fenolaldehidek előállítása fenolátion 260

Névmutató fenoléteraldehidek előállítása fenolok – aciditása – acilezése – alkilezése (éterképzés) – csoportosítása – előállítása – észterképzési reakciói – fizikai tulajdonságai – nevezéktana – oxidációs reakciói fenotiazin fenoxidion fényáteresztés ferrocén Finkelstein-reakció Fischer, Hans Fischer-féle észterezés Fischer-féle vetített képlet fitil-alkohol fitoalexinek 261

Névmutató fitoszterinek flaván flavanon flavanonol flavilium-klorid flavon flavonoidok – biológiai jelentősége flavonol Fleming, Sir Alexander floroglucin 1-fluor-2,4-dinitrobenzol fluorouracil Fmoc-csoport fokozott reaktivitású halogenidek Folkers, Karl August folsav fonalstruktúra formaldehid formalin formil-előtag 262

Névmutató foszfa-előtag foszfónium-ilid foszforsavas észterek foszgén – reakciói földgáz fragmensek fragmens ionok fragmentációk fragmentációs folyamatok frakcionált kondenzáció Frankland, Edward Freeman-reagens Freon Friedel–Crafts-acilezés – -alkilezés – -reakció Fries-féle átrendeződés fruktóz ftalazin ftálimid 263

Névmutató ftálimid-kálium ftálsav fumársav funkciós csoportok furán, – előállítása – kémiai tulajdonságai furanóz furfural furfurol fúziós rendszer Gabriel-szintézis galenusi készítmények galluszsav Gattermann-Koch-szintézis Gattermann-reakció gázolaj geminális dihalogének – dimetilcsoport – diolok – polialkoholok 264

Névmutató gének generikus név genetikai térkép genin geometriai izoméria geraniol gerjesztett állapot gesztagének Gibbs-féle állapotfüggvény Gilman, Henry Gilman-féle homokuprátok giromágneses állandó gliceridek glicerin glicin glikogén glikozidok glikozidos hidroxilcsoport glutaminsav glükóz Gomberg-reakció 265

Névmutató Grignard-reagens Grignard-vegyületek grizánváz grizeofulvin guanidin guanilsav guanin, guanozin L-gulonsav γ-karotin γ-halogénkarbonsavak gyógyszerkönyvi név gyökanion gyökkation gyökök gyökös addíció – láncreakciók – polimerizáció – reagens – reakciók – szubsztitúció 266

Névmutató gyümölcscukor gyümölcsészterek gyűrű-lánc tautoméria gyűrűs acetálok – konjugált rendszer hajlított kötés haloform reakció halogéncsere halogénezés halogénezett karbonsavak – aciditása – előállítása – fizikai tulajdonságai – reakciója nukleofilekkel halogénhidas komplex halogenidvégződés halogénkarbonil- előtag halogénkimutatás halogén-lítium cserereakció halogénszármazékok csoportosítása – előállítása 267

Névmutató – fizikai tulajdonságai – kémiai tulajdonságai – nevezéktana – reaktivitása – szerkezete halogénszubsztitúció halohidrinek Hammett, Louis Plack Hammond-elv hangyasav Hantzsch-féle piridinszintézis Hantzsch–Widman-rendszer harmadlagos szerkezet háromtagú heterociklusos vegyületek határ-elektronpályák határszerkezetek határszerkezeti formák hattagú, egy heteroatomot tartalmazó vegyületek –, több heteroatomot tartalmazó vegyületek Haworth–Böeseken-féle perspektivikus képlet Heck-reakció 268

Névmutató – arilezés – oxiarilezés helikális kiralitás Hell–Volhard–Zelinszkij-reakció helyettesítéses név – reakció helyettesített karbonsavak hemek heminek hemoglobin heszperidin hetarin heteroannulének heteroarének heterocikloalkánok heterocikloalkének heterociklusos vegyületek – előállítása és reaktivitása – nevezéktana heterokarboránok heterolízis 269

Névmutató heteronukleáris molekulák héttagú, egy vagy két heteroatomot tartalmazó vegyületek Hevesy György hexaklór-platinasav hexametil-foszforsav-triamid hexametil-sziloxán hibridizáció hibridpályák hídfő hidrazobenzol hidrazonok hidridion-vándorlás hidroborálás hidrogénezés hidrogén-halogenid elimináció hidrogénhídkötés hidrogén kimutatása – meghatározása hidrogénkötés hidrokinon 270

Névmutató hidrokortizon hidrolízis hidroszililezés hidroxámsav hidroxi-előtag hidroxikarbonsavak – előállítása – fizikai és kémiai tulajdonságai – saverőssége hidroxilezés hidroxi-prolin Hinsberg-próba Hinsberg-(tiofén)-szintézis hiperkonjugációs-effektus hiperkróm eltolódás hiperol hipokróm eltolódás hippursav hipszokróm eltolódás hisztamin hisztidin 271

Névmutató HMPT 1

H-NMR-spektroszkópia

1

H-NMR-színkép

Hofmann-féle kimerítő alkilezés Hofmann-féle lebontás Hofmann-termék homokapcsolási reakciók homolízis homonukleáris molekulák Houben–Hoesch-féle ketonszintézis HRMS húgysav Huisgen, Rolf hullámszám humán genom program Hund-szabály Hunsdiecker-reakció Hunter, Matthew Albert Hückel-féle molekulapálya-elmélet (HMO-módszer) Hückel-szabály 272

Névmutató Hünig-bázis -id végződés ikerionos forma -il végződés +I, +M szubsztituensek – I, – M szubsztituensek imidazol imidek imidsavészter imin(ek), iminiumion, imipramin INDO-1 indol induktív effektus +I effektus –I effektus infravörös spektroszkópia intermedierek intermolekuláris Heck-reakció – hidrogénkötés 273

Névmutató – kölcsönhatások intramolekuláris Heck-reakció – Cannizzaro-reakció – hidrogénkötés – nukleofil szubsztitúció -in végződés invertálás invertáz enzim invertcukor invert szappanok inverzió ionizációs potenciál ionos kötés – –, tiszta ionos kötés – reakció -irán végződés irányítási szabályok m-irányító szubsztituensek o-, p-irányító szubsztituensek irányított lítiálási reakció 274

Névmutató IR-színkép +I szubsztituensek, –I szubsztituensek IUPAC nevezéktan izobenzpiriliumsó izobutén izocianátok izoelektromos állapot izoflaván izoflavanon izoflavon izoflavonoidok – bioszintézise – szintézise izoflavonszármazékok izoftálsav izokinolin, izokonjugált szerkezetek izokromán izokromanon izokromén 275

Névmutató izokrotonsav izokumarin izolált diolefinek izoleucin izolizergsav izomerek izoméria –, szerkezeti –, sztereo–, több királis szénatomot tartalmazó vegyületeké izomerizáció izonikotinsav-hidrazid izonitril(ek) izonitrilpróba izopinokampfenilborán izopinokampfenol izoporfin izoprén izoprénelv izoprénszabály izoprénvázas vegyületek 276

Névmutató izoszilibin izotebain izotiazol izotiuróniumsó izovaleriánsav izoxazol jelfelhasadás az NMR-spektrumban jódkristály jodoform próba johimbin Jones-reagens jonon gyűrű Kabay János kadmiumorganikus vegyületek kádkonformáció kakodil-oxid kámfor kanonikus formák karakterisztikus röntgensugárzás -karbaldehid utótag Karasch, Morris Selig 277

Névmutató Karasch-keresztkapcsolás karbamazepin karbamid karbazol karbének karbéniumion karbidok karbodiimidek karbonilcsoport karbonilvegyületek -karbonitril utótag karbóniumion karbonsavak – aciditása – csoportosítása – dekarboxilezése – előállítása – észterei – fizikai tulajdonságai – redukciója karbonsavamidinek 278

Névmutató karbonsavamidok karbonsavanhidridek – előállítása – fizikai tulajdonságai karbonsavazid karbonsavészterek – előállítása – fizikai tulajdonságai – Grignard-reakciója – hidrolízise karbonsavhalogenidek – előállítása – fizikai tulajdonságai karbonsavhidrazid karbonsavnitrilek – előállítása – fizikai tulajdonságai – hidrolízise karbonsavszármazékok – aciditása – kémiai tulajdonságai 279

Névmutató – reaktivitása – redukciója -karbonsav utótag karboránok karboxi-előtag karboxilát-anion bázicitása -karboxilát végződés karboxilcsoport karboxilezés karboxipeptidáz enzim kardenolidok karnaubaviasz karotinoidok Karplus-görbe karvon kaszkádreakciók katalitikus hidrogénezés katalizátor katarantin katecholborán kationos polimerizáció 280

Névmutató kátrány Katsuki, Tsutomu Kealy,Thomas kefalosporinok kefámváz Kekulé-féle képlet kelidonin keményítő kémiai eltolódás – kötések – reakció – reakciók csoportosítása – szerkezet kén kimutatása kénsavas észterek kéntartalom meghatározása képződési entalpia keresztezett aldoldimerizáció – Claisen-kondenzáció keresztkapcsolási reakciók ketálok 281

Névmutató ketén kétlépéses reakció energiaprofilja ketonbontás ketonok – előállítása – fizikai tulajdonságai – kémiai tulajdonságai – oxidációja – szerkezete ketózok kígyóméreg-foszfodiészteráz enzim kilépéses reakció kinazolin kinetikai kontroll – stabilitás kinin kinolin kinonok -kinon utótag kinoxalin kinuklidin 282

Névmutató királis induktor királis molekulák – tárgy – – típusai – vegyületek konfigurációjelölése kiralitáscentrum kiroptikai spektroszkópia kitózamin Kizsnyer–Wolff-redukció L-kladinóz Klaproth, Martin Heinrich klavulánsav klorál klóramfenikol klórbenzol klórcián klórdiizopinakampfenilborán klórecetsav klórhangyasav-benzilészter klórhangyasav-észterek klorinváz 283

Névmutató klór-lítium csere klorofill kloroform kloxacillin kodein Koenigs–Knorr-szintézis koenzim-A koffein kokain koksz Kolbe-féle szalicilsav-szintézis koleszterin kollagén kolligáció komplementer szerkezet komplex fémhidridek komplexképző katalizátor kompressziótűrés koncertikus folyamat – reakció kondenzáció 284

Névmutató kondenzált gyűrűrendszer kondrózamin konfiguráció konfiguráció(s) inverzió – izoméria konfiguratív korreláció konformáció –, nyílt láncú alkánoké –, ciklohexáné konformációs diasztereomer – enantioméria – izoméria – racemát konformerek – energiaállapotai konjugáció konjugációs effektus konjugált bázis – diolefinek – nukleofil 1,4-addíció – poliolefinek 285

Névmutató konjugált diének addíciós reakciói – – Diels–Alder-reakciója konjunktív név konstitúció konstitúciós izoméria koronaéterek korrinváz kortikoszteroidok kortizol kovalens kötés könnyű atomok kőolaj kőolajszármazékok kötési energia kötésrend kötő molekulapálya kötőpályák köztitermékek közvetlen észteresítés krakkolás krezol 286

Névmutató kriptánsok kriptosanguilentin kromofórok kromán kromanon kromén kromiliumsó kromon – és származékai krotonsav kumarin kumaron kumesztán, kumol kumulált diolefinek kvercetin laktám-laktim tautoméria laktolgyűrű laktonok laktóz Lamy, Claude-Auguste 287

Névmutató láncindító reakció láncletörő reakció láncreakció láncvivő reakció Lassaigne-próba L-aszkorbinsav lazító molekulapálya Le Bel, Joseph Achille L-daunózamin leucin lebontási reakciók legkisebb mozgások elve lemeztelenített proton lép-foszfodiészteráz enzim lepke konformáció Leuchs-anhidrid Leuckart–Wallach-reakció Lewis-bázis – -elmélet, – -képlet – -sav(ak) 288

Névmutató LiC-KOR-reagens LiC-TMEDA-reagens lidokain Liebig, Justus Freiherr von Liebig-féle makro-elemanalizátor lignin likopin Limpricht, Heinrich Franz Peter Lindlar-katalizátor lineárisan kondenzált vegyületek – polarizált fény előállítása linolénsav linolsav Lipscomb, William Nunn 3-lítio-1,3-ditián lítium lítium-etoxid lítium-karboxilát lítium-naftalid lítium-nitrid lítiumorganikus vegyületek 289

Névmutató – – addíciós reakciói – – deprotonálási reakciói – – előállítása – – helyettesítéses reakciói – – kémiai tulajdonságai lizergsav lizin lokalizált kovalens kötések L-ramnóz LSD Lucas-reagens lutein maackiain magányos elektronpár mágikus sav mágneses anizotrópia – magrezonancia spektroszkópia – momentum magnezaciklus magnézium-én-reakció magnézium-klorid 290

Névmutató magnéziumorganikus vegyületek – – addíciós reakciói – – előállítása – – Karasch-reakciója – – kémiai tulajdonságai magnéziumpor 1,3-magnéziumvándorlás magspin makrolid antibiotikumok maleinsav malonészter-szintézis malonsav maltóz mandulasav Mannich-bázis – -reakció Markovnyikov-szabály másodlagos szerkezet másodosztályú szubsztituensek másodrendű kötés McMurry-reakció 291

Névmutató Meerwein-só Meisenheimer-komplex méhviasz Meldrum-sav mellékvesekéreg-hormonok mennyiségi (kvantitatív) analízis Mensutkin-szabály mentol merkaptánok merkaptopurin Merrifield-féle szilárd fázisú peptidszintézis Merrifield-gyanta meszkalin metallálás methotrexat metil-jodid metilnarancs metil-tri(i-propiloxi)titán metionin metronidazol mevalolakton 292

Névmutató mevalonsav mezilátok – sztereoszelektív átalakítása mezitilén mezo-borkősav mezomer effektus –M effektus +M effektus mezomer határszerkezetek – molekula – rendszerek mezoméria mezomériaelmélet Michael-addíció Michael-akceptor Miescher, Karl minőségi (kvalitatív) analízis mikoszterinek mikroszkópikus reverzibilitás elve Mitscherlich, Eilhard moláris abszorbancia 293

Névmutató molekulaion molekula, dipólusos –, apoláris molekulamodellek molekulapálya –, legnagyobb energiájú, betöltött (HOMO) –, legkisebb energiájú, be nem töltött (LUMO) molekulapálya-elmélet (MO) Mond-féle eljárás monobaktámok monocikloalkánok monociklusos aromás szénhidrogének – – – előállítása – – – fizikai tulajdonságai – – – kémiai tulajdonságai – konjugált poliének monomolekuláris elimináció – nukleofil szubsztitúció – reakció monoszacharidok 294

Névmutató – csoportosítása monoterpének monoureid morfin morfolin Moscowitz, Albert mRNS Mukaiyama-féle aldolreakció mutarotáció műanyagok Müller, Richard Gustav N N-acilezés, +

NAD

nádcukor naftalin naftiridin nalidixsav N-alkilezés N-alkiluretán naloxon 295

Névmutató narkotin naszcens hidrogén Natta, Giulio Neber-féle átrendeződés Nef-reakció Negishi-keresztkapcsolás negyedleges szerkezet négytagú heterociklusos vegyületek nehéz atomok nemfémes kötés nemi hormonok nemortogonális elektromos és mágneses átmeneti momentum nemredukáló diszacharidok nem stabilizált foszforán nemzetközi szabadnév neoflavonoidok nerol Newman-projekció Nicol-prizma nicorandil nifedipin 296

Névmutató nikotin nikotinamid-adenin-dinukleotid nisztatin nitrálás nitrálósav -nitril utótag nitrilcsoport nitritanion nitro-acinitro tautoméria nitrobenzol nitrocsoport nitrogén Dumas-féle meghatározása – kimutatása nitroglicerin nitrometán nitronát-anion nitrovegyületek – aciditása – csoportosítása és szerkezete – előállítása – fizikai tulajdonságai 297

Névmutató – kémiai tulajdonságai – redukciója nitrozilkation nitrozovegyületek N,N’-dialkilkarbamid N,N-dimetilformamid nómenklatúra noradrenalin norkoklaurin normál rezgés novamidazofen N-nitrozoaminok N-terminális aminosav n-donor bázisok n→π* átmenet n→σ* átmenet nukleinsavak – elsődleges szerkezete nukleofil acilszubsztitúció nukleofil addíciós reakciók – centrum 298

Névmutató – reagens – szubsztitúció nukleofilitás nukleotid koenzimek nukleotidok – fizikai és kémiai tulajdonságai nukleozidok – előállítása – fizikai és kémiai tulajdonságai nyálkasav nyitott állás O-acilezés ocimén O-alkilezés -oát végződés -ofenon utótag O-glikozidok -oil végződés oktánszám olajok olajsav 299

Névmutató -olán végződés Oláh-féle elmélet oligoszacharidok -ol utótag, omeprazol -onitril végződés -on utótag önmagukban akirális kromofórok – királis kromofórok optikai aktivitás – izoméria – rotációs diszperzió (ORD) – sűrűség mérése – tisztaság optikailag aktív anyagok ORD-színkép organogén elemek ornitin ortoészterek ortokarbonsavészterek oszazonok 300

Névmutató osztásos-keveréses peptidszintézis öttagú, egy heteroatomot tartalmazó vegyületek –, több heteroatomot tartalmazó vegyületek Overhauser-effektus oxadiazol oxa-előtag oxafoszfetánszármazék oxálecetsav oxálsav oxamycin oxatriazol oxazaborolidin oxazepán oxazinok oxazol oxepán oxepin oxetán oxet(én) oxidációs reakciók oxidálószerek 301

Névmutató oxidatív addíció oxihemoglobin oximerkurálás oxim(ok) oxirán oxirén 5-oxitetraciklin oxocsoport – átmeneti védelme oxo-előtag oxo-enol tautomerek oxo-enol tautomerizáció oxoforma oxokarbonsavak – előállítása – fizikai és kémiai tulajdonságai oxovegyületek – lánchosszabbításos reakciói – reakciója aminokkal – relatív reakciókészsége -ozin végződés 302

Névmutató ozonid ozonidos lebontás összetett szénhidrátok ösztradiol ösztriol ösztrogének ösztron Paal–Knorr-szintézis pakura palládiumorganikus vegyületek – – keresztkapcsolási reakciói palmitinsav pályakeveredés papaverin paracetamol paraffinok paramágneses árnyékolás parciális kettős kötés Pasteur, Louis Pauli-elv Pauson, Peter Ludwig 303

Névmutató pelletierin penámváz penicillamin penicillin(ek) – előállítása peptidek – szerkezete – oldat- és szilárd fázisú szintézise peptidkötés peptidtár periciklusos reakció perlon perspektivikus ábrázolás persavak Perutz, Max Ferdinand Peterson-féle olefinezés petróleum persavak 2-pikolin pindolol Pinner-reakció 304

Névmutató piperazin piperidin piperin piramidális inverzió pirán piranóz pirazin pirazol piridazin piridin – és származékainak előállítása – és származékainak kémiai tulajdonságai – nitrálása, szulfonálása, halogénezése piridíniumion – mezomer határszerkezetei piridíniumtozilát piridin-N-oxid piridoxal piridoxamin piridoxin piriliumion 305

Névmutató piriliumkation pirimidin pirofóros pirogallol pirokatechin piroszőlősav pirrol – előállítása – kémiai tulajdonságai pirrolidin Pitzer-feszültség Planck-törvény polaritás poláris kovalens kötés polarizálhatóság poliamid policiklusos antibiotikumok policiklusos aromás szénhidrogének – – –, izolált – – –, kondenzált – természetes vegyületek szintézise 306

Névmutató poliéderes organobórvegyületek polimerizációs reakciók polimorfia polipeptid(ek) poliszacharidok politerpének porfin porfinváz porfinvázas vegyületek porfirin potenciális energia – – magtávolságfüggése ppm preclamol prednizolon Pregl-féle elemanalizátor primer alkoholok – szerkezet progeszteron projektív ábrázolások prokain 307

Névmutató prolin promóció propargilsav propén, i-propil-magnézium-jodid propiolsav prosztaciklin proteidek proteinek protikus poláris oldószer protoalkaloidok proton-magnézium csere protomer protonaffinitás prototrópia pszeudoalkaloidok pszeudoaszimmetriás szénatom pszeudorotáció pszeudosav PTC-peptid pteridin 308

Névmutató pterokarpánok purin π-allil-palládium(II)-acetát-típusú komplex π-elektronfeleslegű heteroaromás vegyületek π-elektronhiányos heteroaromás vegyületek π-elektronszextett π-donor bázisok π-komplex π-kötés π→π* átmenet racemizáció racém forma Raney-nikkel ranitidin reagens reakció bruttó rendűsége – kinetikai feltétele – molekularitása – sebessége – termodinamikai feltétele reakciókoordináta 309

Névmutató reakciómechanizmus reakciórendek reakciósebességi állandó reaktív elektronpár reaktivitás rearomatizáció redőzött réteg redukáló diszacharidok redukció reduktív aminálás – dehalogénezés – elimináció Reformatszkij-reagens Reformatszkij-szintézis regioizomerek regioszelektív alkilezés – deprotonálás regioszelektivitás Reimer–Tiemann-szintézis répacukor rézorganikus vegyületek 310

Névmutató – – előállítása – – addíciós reakciói – – szubsztitúciós reakciói rézpor R- és S-konfiguráció restrikciós enzim retenció retikulin retro-Claisen-reakció retroszintézis rezgési energia rezgő mozgás, molekuláké reziduális csoport rezolválás rezonanciaeffektus rezonanciaelmélet rezonanciahibrid rezonáns határszerkezetek rezorcin rezorcin-dimetil-éter riboflavin 311

Névmutató ribonukleinsavak ribonukleozidok, Rieke-cink Rieke-magnézium RNS – térszerkezete Robinson-anelláció Rochow, Eugene George Rochow–Müller-eljárás rodanidok ródium-trifenilfoszfónium-klorid Rosenmund-redukció rotációs energia – finomszerkezet rotátorerősség rotátorerősség-járulékok röadin röntgenkrisztallográfia röntgensugár-interferencia rRNS R/S-rendszer 312

Névmutató rubánváz rutin Ruzicka, Leopold salétromossav-észterek salétromsav-észterek S-adenozilmetionin (SAM) S-acilezés S-alkilezés, Sandmeyer-reakció Sanger, Frederick Sanger-módszer savamidin savamidok savazid sav-bázis reakciók – tulajdonságok savbontás savhidrazid savimidek -sav utótag Scheele, Carl Wilhelm 313

Névmutató Schiemann-reakció Schiff-bázisok Schlenk-féle egyensúly – trükk Schotten–Baumann-féle acilezés Schrödinger-egyenlet s-cisz konformáció SEAr-reakció sebességi egyenlet sebességmeghatározó lépés SE-reakciók Sertürner, Friedrich Wilhelm SET Sharpless, Karl Barry Sharpless-epoxidáció sikimisav Simmons–Smith-reagens Simmons–Smith-reakció –, enantioszelektív sinularen SNAc-reakció 314

Névmutató Snatzke, Günther SN1-reakciók – energiaprofilja SN1/E1 arány SN1Ar-reakció SN1/SN2 arány SNi-reakciók, SN2/E2 arány SN2Ar-mechanizmus SN2-reakciók – energiaprofilja SN-reakciók,, sokszorozó tagok Sonogashira-keresztkapcsolás spektroszkópiai módszerek sp-hibridizáció 2

sp hibridizáció 3

sp hibridizáció 3

sp hibridállapotú oxigénatom – nitrogénatom – palládiumatom 315

Névmutató spinkvantumszám spinlecsatolás spin-spin csatolás spin-spin kölcsönhatás spiránok spirociklusos antibiotikumok spiroszénatom standard entrópia – szabadentalpia-változás 2-stilbazol Stille-keresztkapcsolás Stock, Alfred Strecker-szintézis Strecker–Zelinszkij-szintézis s-transz konformáció strofantin struktúratan Suzuki-(Suzuki–Miyaura-)keresztkapcsolás, szabinén szacharóz szalicilaldehid 316

Névmutató szalicilsav szappanok szárazjég székkonformáció szekunder alkoholok, szemikarbazid szemikarbazonok szemikinolok előállítása szemikonzervatív replikáció szén-dioxid szén-diszulfid szén kimutatása – meghatározása szénhidrátok szénkéneg szénsav deprotonálódása szénsavhó szénsavszármazékok – előállítása – fizikai és kémiai tulajdonságai szén-szuboxid 317

Névmutató Szent-Györgyi Albert szerin szerkezeti képlet szerotonin szerves boránok szerves vegyületek szerkezete szervetlen savak észterei – savhalogenidek szeszes erjedés szeszkviterpének szeszterpének szilibin szilíciumorganikus vegyületek – – védőcsoportokként történő alkalmazása – – előállítása – – kémiai tulajdonságai szilil-enol-éterek szilil-triflátok szimmetriatiltott átmenet szin-addíció szin-elimináció 318

Névmutató szinperiplanáris szinklinális (gauche) konformer szinton szisztematikus nevezéktan szívglikozidok szkvalén szolaszodin szomszédcsoport hatás – részvétel szögfeszültség szőlőcukor szőlősav sztearinsav sztereogén centrum sztereoizomerek –, konfigurációs –, konformációs sztereoszelektív redukció sztereoszelektivitás szterikus effektus – gátlás 319

Névmutató – gyorsítás – hatás szterinek szteroidalkaloidok szteroidhormonok szteroidok – csoportosítása szteroidszaponinok sztirol sztöchiometriai egyenlet sztreptomicin sztrichnin sztriktozidin szubsztitúció szubsztitúciós nómenklatúra – reakciók szubsztituensek aktiváló-dezaktiváló hatása szubsztraktív nómenklatúra szubsztrát szulfanilamid szulfanil-előtag 320

Névmutató szulfidok szulfoklórozás szulfonálás szulfonamidok szulfónium-kation szulfonok szulfonsavak észterei szulfonsavklorid szulfoxidok szuperbázis szuperpoliamidok szupersavak σ-donor bázisok σ-komplex σ-pálya σ*-pálya σ→σ* átmenet talliálás tallium(III)-acetát tallium(I)-etilát tallium(I)-halogenidek 321

Névmutató talliumorganikus vegyületek tallium(III)-trifluoracetát tautomer effektus tautoméria –, gyűrű-lánc –, laktám-laktim –, nitro-acinitro –, oxo-enol távozó csoport taxifolin tebain Tebbe-reagens – reakció tejsav telítetlen szénhidrogének telített szénhidrogének teljes lecsatolás – retenció teobromin teofillin téreffektus 322

Névmutató tercier alkoholok tereftálsav természetes vegyületek termodinamikai kontroll terpének terpenoidok – bioszintézise – előfordulása, elnevezése tesztoszteron tetraalkilkarbamid n-tetrabutil-ón tetraciklinek tetrahidrofurán tetrahidropirán, tetrahidrotiofén tetrahidrotiopirán 2,3,10,11-tetrahidropirenoforol tetraizopropoxititán tetralin tetrakisz(trifenilfoszfin)palládium tetrametil-etilén-diamin 323

Névmutató tetraorganoboronát tetraterpének tetravinil-ón tetrazinok tetrazol tiadiazol tia-előtag tiatriazol tiazepán tiazinok tiazol tiepán tiepin tietán tiet(én) tiin tiirán, tiirén tiltott normálrezgés timidin timin 324

Névmutató timol tioacetálok tio-előtag tioéterek – előállítása – hasítása – kémiai tulajdonságai – oxidációja tiofélacetálok tiofélketálok tiofenolok tiofén – előállítása – kémiai tulajdonságai tioketálok tiokumaron tiolok – csoportosítása – előállítása – fizikai tulajdonságai – kémiai tulajdonságai 325

Névmutató – nevezéktana -tiol utótag tioprofénsav tioureid tiramin tirozin tiszta kovalens kötés titánorganikus vegyületek – – előállítása – – kémiai tulajdonságai TMEDA tofisopam p-tolilcsoport Tollens-reagens toluidin toluol tomatidin torziós feszültség tozil-klorid többértékű alkoholok többgyűrűs cikloalkánok 326

Névmutató többlépéses kémiai reakció töltésátviteli komplex töltésszétválás tömegspektrometria tömegspektrum töredékionok transz-addíció transzaminálás transz-anelláció transzferábilis csoport transzmetallálás Traube-szintézis treonin triacilaminok trialkilborán 1,2,3-triazolok trietilszilil-csoport trifenilmetán trifenilmetanid-anion trifenilmetilgyök triizopropilszilil-csoport 327

Névmutató trimerizációs reakciók trimetil-ortoformiát , trimetilszilil-csoport – -klorid trimolekuláris reakciók triptamin triptofán, triterpének triviális név tRNS tromboxán-A2 tropilium-kation UDP-glükuronsav ujjlenyomat-tartomány Umpolung unimolekuláris átalakulások – reakció uridin uronsavak urotropin Ullmann-szintézis 328

Névmutató ultraibolya és látható fény spektrofotometria uracil UV-színkép –, karotinoké –, benzolé valin valódi aciditás – alkaloidok – bázicitás van der Waals-erők van der Waals-feszültség Van Slyke-féle nitrogénmeghatározás van’t Hoff, Jacobus Henricus varangymérgek védjegyzett név védőcsoport –, ortogonális vegyérték-elektronpár taszítás módszere (VSEPR) vegyértékkötés módszer (VB), vegyértékrezgés 329

Névmutató vegyes aggregátum vegyes anhidridek vegyes (hetero) kuprátok vetített ábrázolások viaszok,vicinális dihalogénszármazékok – diol – polialkoholok vindolin vinilborán vinilezési reakciók vinil-halogenidek vinilezés vinilkuprátok vinil-lítium világítógáz Vilsmeier-szintézis vinkamin vinkozid vinkrisztin virtuális tautoméria vis vitalis elmélet 330

Névmutató Walden-inverzió Wallach, Otto Wilkinson, Geoffrey Watson, James Dewey Williamson-féle éterszintézis Willstätter, Richard Wittig, Georg, Wittig-reakció Woodward, Robert Burns Wöhler, Friedrich Wöhler-féle karbamidszintézis Wurtz-féle kapcsolás Wurtz-reakció Wurtz-szintézis xantogenátos módszer xantin xilolok Zajcev-szabály Zajcev-termék Zeise, William Christopher Zeise-só 331

Névmutató Zemplén-féle dezacetilezés Ziegler, Karl Waldemar Ziegler-féle allilhelyzetű brómozás Ziegler-reakció Zimmermann–Traxler-modell zingiberén Z-izomer Z-konfiguráció zooszterinek zsírkeményítés zsírok zsírsavak

332

SZERVES KÉMIA III. ANTUS, SÁNDOR MÁTYUS, PÉTER

Recommend Documents