Tussentoets Bio-organische Chemie (8RB11)
Donderdag, 27 februari, 2014, 15:45–17:45 (2 h)
Bij het begin van elke opgave staat het aantal punten dat te verdienen is en de
geadviseerde tijdsbesteding. Er zijn in totaal 3 opgaven en 53 punten.
Alle vragen beantwoorden. Verklaar je antwoorden duidelijk. SUCCES!
Opgave 1. Stereochemie en Koolhydraten (18 punten, 30 minuten) a) Fluticason (I) is een synthetisch steroïde en is een van de actieve ingrediënten van serotide – een medicijn tegen astma. Teken molecuul I op het antwoordblad en omcirkel alle stereocentra. ‐ ½ point per correct assignment ‐ 9 stereocenters in total ‐ Max. 4 points b) Plaats het juiste label bij de volgende moleculen (II‐VII): chiraal, achiraal of meso. ‐ ½ point per correct assignment ‐ Max. 3 points c) Plaats het juiste label bij de volgende suikerparen (A‐D): identiek, structurele isomeren, enantiomeren of diastereomeren. ‐ ½ point per correct assignment ‐ Max. 2 points d) De moleculen E – H zijn chirale aminozuren. Ken de R of S benoeming toe voor alle stereocentra, gemarkeerd met een asterisk (*). ‐ ½ point per correct assignment ‐ Max. 2 points e) D‐talose (J) is een zeldzaam hexose. Teken de Haworthprojectie van D‐talose in de gesloten ringstructuur met de anomere C‐1 koolstof in de α‐configuratie. ‐ ½ point for correct use of Haworth projection ‐ ½ point for correct configuration at C1 anomeric carbon ‐ 1 point for correctly configured stereocenters ‐ ½ point , 1 incorrectly configured stereocenter, 0 point for > 1 incorrectly configured stereocenters ‐ Max. 2 points f) Teken de structuren van producten K, L en M. Let op: producten K & M zijn open structuren, terwijl L een gesloten ringstructuur is. ‐ 1 point for each correct structure ‐ No half‐points ‐ Structure L does not have to be a Haworth; sensible structural representations are accepted, except that the methyl glycoside bond must be clearly indicated on the structure ‐ Max. 3 points g) Product L is een zuur gekatalyseerd product. Wat wordt bedoeld met zure katalyse? A number of answers are acceptable here: ‐ H+/proton is not consumed/regenerated during the reaction ‐ H+/proton lowers the activation energy barrier of the reaction (methyl glycoside formation) ‐ H+/proton increases the rate of the reaction ‐ Any of the above as part of a well‐formulated sentence scores the maximum points 2 points ‐ Poorly formulated/vague sentences should be scored down ‐ Use your own discretion here Opgave 2. Natuurlijke en synthetische polymeren (17 punten, 30 minuten) a) Wat ontstaat er bij de reacties A‐C? ‐ 1 point for each answer ‐ Max. 3 points In de volgende stap worden twee beschermde glycines gebruikt, namelijk Boc‐Gly en Gly‐OBzl. b) Teken de chemische structuur van intermediair A, welke ontstaat tijdens de reactie tussen Boc‐Gly, DCC en N‐hydroxysuccinimide. ‐ No other structure will score points. ‐ Max. 1 points c) Verklaar waarom Boc‐Gly en Gly‐OBzl gebruikt zijn voor deze synthese en niet simpelweg Gly. Wat zou er gebeuren als Gly gebruikt zou worden (in plaats van Boc‐Gly en Gly‐OBzl) en zou reageren met DCC en N‐hydroxysuccinimide onder dezelfde omstandigheden? A number of answers are acceptable here: ‐ Increases selectivity/yield or reaction (desirable) ‐ Controls reactivity so that only the two glycine building blocks couple ‐
‐
‐
‐
Boc and OBzl groups prevent undesired polymerization taking place, as would be the case if unprotected Gly were to react under the same reactions conditions. Any of the above as part of a well‐formulated sentence scores the maximum points 2 points Poorly formulated/vague sentences should be scored down Use your own discretion here d) Geef reactiecondities (B) zodat Boc‐Gly‐Gly‐OBzl omgezet wordt naar Gly‐
Gly. A number of answers are acceptable here: ‐ Treat with weak(er) acid (TFA) to cleave Boc (1 point), then strong(er) acid (HF) to cleave the OBzl (1 point) ‐ Treat with strong acid (HF) to simultaneously cleave both protecting groups (2 points) ‐ Cleave with weak acid (TFA) to cleave Boc, then H2/Pd/C to cleave the OBzl under catalytic hydrogenation conditions (2 points) ‐ One of the above answers as part of a well formulated sentence will score 2 points. ‐ A poorly formulated/vague sentences should be scored down ‐ Use your own discretion here ‐ Max. 2 point e) Geef de stapsgewijze solid‐phase syntheseroute weer, inclusief chemische structuren van intermediairen en reactiecondities (maar zonder mechanistische details) van het tripeptide L‐Phe‐D‐Ala‐Gly, startend vanuit het Merrifield resin. Maak gebruik van beschermende en activerende groepen. Het eerste aminozuur, glycine is al aan het resin gekoppeld. O
Merrifield resin
solid-phase
peptide synthesis
O
L-Phe-D-Ala-Gly
NH2
HN
O
N
O
O
HN
O
O
D-Ala
or
N O
HO
O
O
HN
O
O
O
+ DCC
HN
O
O
STEP 1
O
O
O
Merrifield resin
O
NH2
NH
Gly
O
STEP 3
(see STEP 1) X
O
O
O
NH
O
STEP 2
O
L-Phe
O
HN
weak acid OR TFA
(NOT strong acid OR HF)
O
O
O
NH
D-Ala
NH
O
O
HN
O
NH2
NH
O
O
STEP 4
TFA (weak acid), then HF (strong acid),
or simply HF (strong acid)
O
HO
D-Ala
NH
O
O
HN
NH2
L-Phe
Lots of points to be won here: ‐ 1 point per correct intermediate + 1 point bonus for all correct; ½‐
point correct structure, incorrect stereochemistry (Max. 4 points) ‐ 1 point per correct coupling conditions + 1 point bonus for all correct stereochemistry; ½‐point correct structure, incorrect stereochemistry (Max. 5 points) ‐ Of course, Boc is not the only protecting group that can be used and DCC/NHS not the only coupling conditions which work. Others are possible. Use your own discretion here. ‐ Max. 9 points for this question Opgave 3. Kleurstoffen en medicijnen (18 punten, 30 minuten) Een enorme variëteit aan aromatische verbindingen kan gesynthetiseerd worden door combinatie van elektrofiele aromatische substitutie, nucleofiele aromatische substitutie en aromatische koppelingsreacties. In de nitrering van tolueen en methylbenzoaat wordt de regioselectiviteit bepaald door een combinatie van inductieve, sterische en mesomere (=resonantiestructuren) effecten. a) Welk(e) hoofdproduct(en) ontstaan bij nitrering van tolueen en methylbenzoaat? Licht uw antwoord toe door resonantiestructuren te tekenen en bij elke tekening inductieve/sterische effecten te bespreken. ‐
‐
‐
‐
‐
‐
1 point each for main nitro product for toluene and methylbenzoate (Max. 2 points) For toluene, ortho‐para preferred due to stabilization of +ve charge (1 point), thus lowering of the free energy of the mesomeric transition state (1 point). For methyl benzoate, meta is preferred, in effect by default, because the mesomeric transition state derived from ortho/para nitration is significantly higher in energy than the corresponding to meta due to destabilization (1 point) of +ve charge due to induction and resonance (1 point) Drawing of the most energetically favored transition state (1 point each) Max. 8 points for this question. Use a bit of discretion here. b) Hieronder is een lijst met relatieve snelheden van de nitrering‐ weergegeven, waarbij de relatieve snelheid van benzeen 1 is. De snelheid waarmee tolueen genitreerd wordt is hoger dan die van benzeen en die van methylbenzoaat is lager. De moleculen zijn dus niet even reactief in nitreringreacties. Verklaar waarom de reactiviteit (en daarmee de relatieve reactie‐snelheden) zo verschillend zijn. ‐
‐
‐
Methyl group of toluene donates electron charge to the aromatic ring inductively (1 point), thereby increasing nucleophilicity compared to benzene with respect to nitration (1 point) Ester group withdraws electron charge from the aromatic ring inductively and by resonance (1 point), thereby reducing nucleophilicity compared to benzene with respect to nitration (1 point) Max. 4 points for this question c) Geef een gedetailleerde syntheseroute voor paracetamol, startend vanuit fenol. Geef bij elke stap een suggestie voor benodigde reagentia. OH
fenol
H2SO4
HNO3
OH
OH
H2, Pd/C
NO2
O
OH
Cl
NH2
HN
Me
O
‐
‐
‐
‐
‐
paracetamol 1 point per correct intermediate structure (Max. 2 points) 1 point per correct set of reaction conditions (Max. 3 points) Any sensible suggestion will score points 1 bonus point if all correct Max. 6 points for this question