opgaven

Eindtoets Bio-organische Chemie (8RB19)
Maandag, 7 april, 2014, 9:00–12:00 (3 uur)
Bij het begin van elke opgave staat het aantal punten dat te verdienen is en de geadviseerde
tijdsbesteding. Er zijn in totaal 6 opgaven en 100 punten (punten per vraag deeltje in geel)
Alle vragen beantwoorden. Verklaar je antwoorden duidelijk. SUCCES!
Opgave 1. Stereochemie en Koolhydraten (16 punten, 30 min)
Het kunnen onderscheiden van verschillende isomeren is nodig voor het begrijpen van de unieke
eigenschappen die isomeren bezitten.
a) Geef de configuratie aan van de stereocentra in de volgende vier isomere tripeptiden (A-D)
volgens de Cahn-Ingold-Prelog notatie (R of S) en toon aan welke van de vier tripeptiden
identiek, enantiomeren of diastereomeren zijn.(8)
(1) kan isomeriseren onder basische condities (HO-) naar D-mannose (3) of D-fructose (4),
welke beide natuurlijke suikers zijn. Deze isomerisatie verloopt via intermediair enediol (2).
D-Glucose
b) Teken de Haworth projectie van 3 in de gesloten ringstructuur met de anomere C-1 koolstof
in de α-configuratie.(2)
c) Geef een gedetailleerd mechanisme (met elektronen-pijlen) voor de synthese van 3 en 4
onder basische condities. Identificeer daarbij duidelijk intermediair enediol (2).(3)
d) 1 en 4 worden gevormd wanneer sucrose (5) reageert in water onder zure condities. Geef
een gedetailleerd mechanisme van dit proces en verklaar hoe deze reactie plaatsvindt.
Gebruik elektronen-pijlen.(3)
Opgave 2. Natuurlijke en synthetische polymeren (20 punten, 35 min)
Melkdrankjes die het caseïne-afgeleide tripeptide Val-Pro-Pro (5) bevatten, hebben anti-hogebloeddruk eigenschappen. In een recente studie is het peptide Val-Ala-Pro (6) gemaakt en daarmee is
de relevantie van het tweede proline van tripeptide (5) onderzocht. De “solid-phase” peptide
synthese (SPPS), ontwikkelt door Merrifield, maakt het mogelijk deze peptiden eenvoudig te maken.
a) Beschrijf met heldere aanduiding (= in ruimtelijke structuren) inclusief alle intermediairs de
stapsgewijze " solid-phase" synthese aan van tripeptide 6, startende van het Merrifield-resin
(zie boven). Geef bij elke stap de benodigde reagentia weer. Reactie mechanismen hoeven
niet te worden genoteerd, maar chemische structuren en correcte stereochemie wel.(11)
Chemische stabiliteit is een belangrijke eigenschap in de keuze voor een synthetisch polymeer voor
een bepaalde applicatie; bijvoorbeeld, polymeren 7 en 8.
b) Hoe worden 7 en 8 gemaakt?(6)
Een van de polymeren is bestand tegen hydrolyse en wordt gebruikt om voedsel en vloeistofhouders
te maken, terwijl het andere minder bestand tegen hydrolyse is en wordt gebruikt om biologisch
afbreekbare implantaten maken.
c) Bepaal welke polymeer wordt gebruikt voor welke toepassing, en leg uit hun relatieve
stabiliteit aan hydrolyse met betrekking tot hun respectieve structuren.(3)
Opgave 3. Kleurstoffen en medicijnen (20 punten, 35 min)
a) Geef voor elk van de volgende set moleculen weer (A-C, D-F, G-I), welk molecuul:(10)
-
het meest reactief is in elektrofiele aromatische substitutie.
het minst reactief is in elektrofiele aromatische substitutie.
de hoogste opbrengt aan meta-gesubstitueerd product oplevert.
b) Beschrijf met chemische structuren hoe ibuprofen (9) te maken is, startend vanuit benzeen.
Noteer alle gebruikte reagentia.(10)
Opgave 4. Condensatie-reacties en metabolisme (14 punten, 25 min)
Koolstof-koolstof condensatie reacties zijn zeer geschikt voor het vormen van complexe polycyclische
(ring) structuren. De synthese van 10 is bijvoorbeeld noodzakelijk voor het maken van
antikankermedicijn vernolepine. Intermediair 11 wordt eerst gemaakt via een Robinson annulatiereactie tussen β-keto-ester 12 en het α,β-onverzadigde keton 13. Molecuul 12 wordt in een stap
gemaakt van diester 14 onder basische condities.
a) Noteer de synthese van molecuul 12, gedetailleerd met reactiemechanismen, startend van
molecuul 14 als deze plaatsvindt onder basische condities.(3)
b) Noteer de synthese van 11, gedetailleerd met reactiemechanismen, startend van moleculen
12 en 13 als deze plaatsvindt onder basische condities.(7)
Esters kunnen worden gereduceerd tot alcoholen, d.m.v. LiAlH4 (zie hieronder).
c) Geef het reactiemechanisme van de bovenstaande reactie.(2)
d) Waarom zal de reactie van 11 met LiAlH4 niet tot 10 leiden?(1)
e) Geef een suggestie hoe het probleem gesteld in vraag 4 d wel kan slagen.(1)
Opgave 5. NMR en moleculaire karakterisering (16 punten, 30 min)
Vetzuren worden in het lichaam gemaakt d.m.v. een condensatiereactie tussen een geactiveerde
acylgroep en een geactiveerde malonylgroep, gevolgd door drie reacties A-C: reductie, dehydratie en
nog een reductie.
De synthese van ester 16 (zie hieronder) is biomimetiek, wat betekent dat het een mimiek is van de
synthese van vetzuren.
a) Teken de intermediairs in de reactie van de stappen A, B en C, startend vanuit β-keto ester
15 en leidend tot 16.(3)
b) Verklaar hoe het mogelijk is om de drie qua structuur vergelijkbare intermediairs te
onderscheiden middels nucleaire magnetische resonantie spectroscopie (NMR), massa
spectroscopie (MS) en infrarood spectroscopie (IR)?(13)
Noteer bij het antwoord:



Een schets van het 1H-NMR spectrum van één van de intermediairs (geschatte δ warden,
multipliciteit en integralen voor elk unieke protonpiek.)
Een berekening van het moleculaire ion-piek voor één van de intermediairs zoals deze zal
worden waargenomen in elektronen ionisatie (EI) massa spectroscopie (MS). [atoommassa
O = 16, C = 12, H = 1]
Een beschrijving van het verschil in IR spectra tussen de drie intermediairs.
Laat je kennis over dit onderwerp zien in een uitgebreid antwoord!
Let op, vraag 5b heeft alleen betrekking op de synthese van ester 16 vanuit β –keto ester 15.
Opgave 6. Lipiden, terpenen en steroïden (14 punten, 25 min)
Lanosterol (17) is een chiraal tetracyclisch triterpenoïde welke van alle andere steroïden is afgeleid.
Het wordt in het lichaam gemaakt vanuit squaleen 18 via een cascade van enzymatische reacties,
waarbij alle atomen aanwezig in 18, worden omgezet naar 17. Hierbij wordt slechts één
zuurstofatoom vanuit een andere bron toegevoegd; een prachtige en zeer efficiënte synthese!
a) Hoeveel stereocentra zijn er in 17 aanwezig?(1)
b) Hoeveel isopreen-eenheden zijn er in 17 aanwezig?(1)
c) Hoe komt het dat er maar één enantiomeer van 17 in het lichaam wordt gemaakt, startend
vanuit achiraal 18? Geef een korte verklaring.(1)
Cholesterol (19) wordt in het lichaam vanuit 17 gemaakt en is een essentieel molecuul in de
membranen van dierlijke cellen. Cholesterol zorgt voor de juiste permeabiliteit en vloeibaarheid.
d) Teken de 3D-conformatie van 19 (zie voorbeeld trans-decaline).(2)
e) Welke van de volgende moleculen, 20, 21, 22, zijn terpenen en welke niet? Verklaar je
antwoord door het tekenen van elk terpeen op het antwoordblad en markeer de individuele
isopreen-eenheden.(6)
f)
Teken de structuur van een meervoudig onverzadigd vetzuur naar keuze en verklaar in de
getekende structuur waarom onverzadigde vetten gemakkelijker worden geoxideerd door
O2.(3)