הקדמה
ęĕĞďĚĐ ĦČĤđĐĘ ĐģĘēĚĐ קליעה למטרה בכימיה ĐĕĤĝĕģ ďĘĕĥĔđĤ ěĤģ כיצד מתקבל תוצר רצוי בתגובה אלדולית בטבע ובמעבדה נועה קריגר הקדמה תגובות רבות בכימיה נותנות מספר תוצרים אפשריים .אבל הדרישה היא לקבלת תוצר אחד ספציפי .כיצד מתמודדים עם בעיה זו? כיצד קולעים למטרה ומקבלים את התוצר הרצוי? בפוסטר זה נציג דוגמאות לפתרונות במעבדה ובטבע ונדגים את ההבדלים על התגובה הנקראת דחיסה אלדולית. O קטונים ואלדהידים הם משפחה של חומרים מתרכובות הפחמן .חומרים אלו מתאפיינים בקבוצה פונקציונלית קרבונילית .אחת התגובות הנפוצות לחומרים אלו היא תגובה אלדולית .בתגובה אלדולית נוצר יון אנולט כתוצאה מיציאת מימן αשל קרבוניל אחד )קטון או אלדהיד( .יון האנולט מגיב ęĕĜđĥ ęĕĘĕĜđčĤģ ěĕč ĦĕĘđďĘČ ĐčđĎĦ בהתקפה נוקלאופילית עם פחמן קרבונילי של קרבוניל שני) .נוצר קשר פחמן–פחמן( ההתקפה על הקרבוניל מובילה לפתיחת הקשר R OH הקרבונילי לכהל )קבוצת .(HOהתגובה מתרחשת בסביבה בסיסית )או חומצית(. RCH CH CHCHO H CH3 C CH3 ďĕĐďĘČĔĢČ O O C C CH2 CH3 H H ďĕĐďĘČĚĤđĠ ěđĜČĔđč 2 2 ’R התגובה האלדולית עשויה להמשיך ולהוביל ליציאת מים ולאלימינציה של הכהל ליצירת קשר כפול ולכן נחשבת גם כתגובת דחיסה. האלדול שכיח בחומרי טבע רבים ,ובפרט בתרופות .ומכאן החשיבות הרבה של תגובה זו בסינטיזה כימית. CHCHO R CHCHO ’R הבעיה: CHCHO בתגובה אלדולית יש מגוון תוצרים אפשריים של קרבוניל 1עם עצמו ,קרבוניל 2עם עצמו .קרבוניל 1 עם קרבוניל 2וקרבוניל 2עם קרבוניל .1 5 $U $U ĨĤĩĤĵĠĭĴ!ğĜĠĝĵĪĩġ 5 OH 1 ĘĕĜđčĤģ 2 ĘĕĜđčĤģ R’CH2CH OH R’CH2CH /6 6/ */ ěĚĕĚ ĘĞ ĐĠģĦĐ _ĘĕĜđčĤģĘ / 2+ */ */ d- + + d+ + + ĘđďĘČ באורגניזמים השונים ישנם חומרים רבים המכילים קבוצת אלדהיד או קטון. חלק מהמטבוליזם כולל תגובה אלדולית .במקרה זה התגובה מזורזת על-ידי אלדולאזות. )אלדולאז -אנזים המזרז תגובה אלדולית( ונותנות תוצר יחיד )מתוך הארבעה האפשריים( - כיצד הטבע מתגבר על בעיית חוסר הסלקטיביות של התגובה? 2+ + RCH2CHO + R’CH2CHO בטבע מקיימים את התגובה ,כך שאחד המגיבים הוא אלדהיד אוקטון בלי מימנים על פחמן α RCH2CH ęĕĕĝĕĝč ęĕČĜĦč ĦĕĘđďĘČĐ ĐčđĎĦĐ ěđĜĎĜĚ כיצד ניתן להתמודד עם הבעיה ולקבל רק תוצר אחד רצוי? במעבדה OH 5 5 משתמשים בקבוצות הגנה כמו בדוגמה הבאהMukaiyama Aldol Addition : [;P*0RH 6;4: 9 6 6:P4L 9 / **/*0¢ 9 6/ 9 6 9 מאפייני תגובה אלדולית ע"י אלדוזות /6 אנזימים הם מאד סלקטיבים ולכן נותנים תוצר אחד סטריאוספציפי — כך נפתרת בעיית התוצרים המרובים האפשריים .זרוז התגובה על ידי האנזים מתקיימת בתווך שהוא מבנה מרחבי מוגדר )סטריאוספציפי( ולכן גם התוצר המתקבל הוא תוצר יחיד -כפי שמפורט בהמשך. 9 בתגובה זו משתמשים באתרים סיליל אנולים — silyl enol ethersשהם אקויולנטים )אנולים "מחופשים" — תוצרים של אנולים עם חומר אחר( של אנול .בצורה זו משפעלים את אחד הקרבונילים ומכוונים את התגובה לקבלת תוצר רצוי. התגובה מתרחשת במנגנון "מסודר": לדוגמה :ביצירת - fructose-1,6-Diphosphate aldolaseבאופן כללי ניתן לתאר את המנגנון כך DHAP :נקשר ראשון לאנזים ,אחריו נקשר .G3Pבגלל השמירה על סדר זה של מהלך התגובה תמיד רק אחד מן האלדהידים/קטונים יתקוף את האלדהיד/קטון השני ,ומתקבל תוצר אחד .FDP Fractose 1,6 Diphosphate aldolase ĦĤĕĢĕ FDP - - - E E G-3-P DHAP G-3-P + DHAP - - - E CH2 OP03-2 H C OOH ניתן להסתכל על קבוצת הגנה כפלסטר זמני CHO C=O HO C H H C OH -2 CH2 OP03 H C OH סיכום C=O + H C OH H B: .ĐĒĐ ěĚĕĚĐ ĦČ Čģđđď ğĔđģ ęĕĒĜČč ĝĕĝčĐ 456 ęđĕĤĔČď ĦĤĒĞč ēėđĚ ěđĜĎĜĚ CH2 OP03-2 FDP CH2 OP03-2 G3P DHAP התגובה האלדולית הינה תגובה המאפשרת קבלה של תוצרים רבים .בפוסטר ראינו פתרונות שונים לבעיה -כיצד לקבל תוצר ספציפי מדחיסה אלדולית? במעבדה -התוצר הספציפי מתקבל על-ידי בחירת קרבוניל ללא פחמן αאו שימוש בקבוצת הגנה. בטבע התוצר הספציפי מתקבל על-ידי שימוש באנזימים וקביעת סדר התגובה לקבלת תוצר סטראוספציפי. ביאור הגדרות קבוצה פונקציונלית :קבוצה שמכילה אטום שונה מאטום פחמן ואחראית יון אנולט :יון של אנול .אנול הוא איזומר של קטון ואלדהיד .האנול מכיל קשר כפול מטבוליזם :חילוף חומרים ,תהליך המתרחש בייצורים חיים של קליטת חומרים עיבודם ,הפקת אנרגיה מהם ופליטת הפסולת .כל השלבים של התהליך ֿ בין שני אטומי פחמן ולצידו קבוצת הדרוקסיל .האנול אינו יציב ומקיים שיווי משקל מהסביבה, לתכונות הפיסיקליות והכימיות של משפחת החומרים ,לדוגמה: O OHכאשר האנול ללא המימן שבקבוצת ההדרוקסיל מתרחשים על-ידי אנזימים. לקבלת הקרבוניל. O OH Cl C C C ĦĕĘĕĜđčĤģ ĐĢđčģ ĘĐđė הוא נקרא יון אנולט. OĔĘđĜČ ěđĕ ďĕĤđĘė ĘĕģĘČ קבוצה קרבונילית :קבוצה פונקציונלית שבה אחד מאטומי הפחמן קשור בקשר התקפה נוקלאופילית: כפול לחמצן .קבוצה זו היא מהחשובות שבקבוצות הפונקציונליות משפיעה רבות על לאזור חיובי במולקולה. A B התכונות הפיסיקליות והכימיות ומופיעה במאות אלפי תרכובות אורגניות O תגובה שבה אטום עשיר באלקטרונים מתקיף ונקשר תוצר סטריאוספיציפי :תוצר שבו מועדף סידור מסוים של האטומים במולקולה מבין מספר אפשרויות. התקפה אלקטרופילית :תגובה שבה אטום עני באלקטרונים מתקיף ונקשר מימן בעמדת אלפא לקרבוניל: לאזור בעל צפיפות אלקטרונים גבוהה ,למשל קשר כפול. שיטת סימון שבה הפחמן הסמוך לפחמן קרבונילי מסומן באלפא ,השני ביטא וכו'. הפוסטר הוכן בעקבות הקורסProf. Alfred Hassner (2008-2009) Advanced Methods in Organic Synthesis : סדנה בכימיה אורגנית — ד"ר יניב ברדה ,המחלקה לכימיה אורגנית ,מכון ויצמן למדע התאמה לשדה החינוכי — ד"ר רון בלונדר ,המחלקה להוראת המדעים ,מכון ויצמן למדע
© Copyright 2024