‫‪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