5.1 Reakcje addycji-eliminacji soli 1,1,3,3-tetrametyloguanidyny i aminokwasów z laktonami.
Przygotowano szereg reakcji za każdym razem postępując w ten sam sposób. Do kolby kulistej (V = 100ml) wprowadzano aminokwas razem z 1,1,3,3-tetrametyloguanidyną oraz kilkoma milimetrami rozpuszczalnika (≈ 2 ml), którym był metanol. Ciekłą zasadę, rozpuszczalnik dozowano za pomocą pipetki Pasteura natomiast stałe reagenty (aminokwas, lakton) plastykową łopatką. Następnie kolbę z reagentami umieszczano w układzie wyposażonym w mieszadło magnetyczne z funkcją grzania i regulacji temperatury, pod chłodnicą, i zabezpieczonym przed wpływem otoczenia (wilgocią, dwutlenkiem węgla) rurką z wodorotlenkiem potasu. Jeśli pomimo doprowadzanego ciepła i upływu czasu nie następowało rozpuszczenie krystalicznego osadu to dodawano małymi porcjami rozpuszczalnik. Postępując w ten sposób uzyskiwano znaczne stężenie soli aminokwasu, mającej pełnić rolę nukleofila. Do tak uzyskanej mieszaniny reakcyjnej dodawano lakton, który natychmiast przechodził do roztworu. Dzięki uzyskanemu wcześniej wysokiemu
stężeniu soli aminokwasu następowało znaczne przyspieszenie reakcji z laktonem i skrócenie czas jej trwania.
O
Schemat 14. Budowa układu reakcyjnego
Masy substratów niezbędnych do przeprowadzenia zaplanowanych reakcji obliczono na podstawie mas molowych podanych przez producenta (Fluka, Aldrich) na opakowaniach, uwzględniających min. poziom ich czystości. Dla 1,1,3,3-tetrametyloguanidyny przyjęto więc masę M = 115,18 g/mol, sarkozyny M = 89,01 g/mol, D-pantolaktonu M = 130,14 g/mol, L-laktydu M = 144,13 g/mol. Zarówno dla L-laktydu jak i D-pantolaktonu
48 przeprowadzono reakcje w których stosunek molowy nukleofila do pierścienia estrowego wynosił 1:1 (eksperymenty 1,2,5,6). Dla L-laktydu ze względu na dwie grupy estrowe obecne w cząsteczce wykonano również dodatkowe doświadczenia (numer 3 i 4) w których stosunek ten wynosił 2:1. W ten sposób chciano zweryfikować hipotezę o ewentualnej możliwości drugiego ataku nukleofila na produkt pierwszego podstawienia. Za każdym razem starano się tak odważać reagenty, aby zachować minimalny nadmiar 1,1,3,3-tetrametyloguanidyny. Gwarantowało to, że cały użyty aminokwas zostanie przeprowadzony w odpowiednią sól guanidyniową. W reakcjach nukleofila do laktonu 1:1 przyjęto, że na 0,01 mola aminokwasu przypada 1,2 g 1,1,3,3-tetrametylogunidyny (nadmiar 0,0482 g) oraz maksymalnie 0,01 mola laktonu. Dla eksperymentów z podwójną ilością nukleofila w stosunku do L-laktydu (numer 3 i 4) przyjęto proporcjonalnie większe ilości odczynników tzn. 0,02 mola aminokwasu; 2,4 g 1,1,3,3-tetrametylogunidyny (nadmiar 0,0964 g) oraz 0,01 mola L-laktydu. Ilość użytego estru wewnętrznego miała być maksymalnie równa ilości użytego nukleofila, gdyż przebieg procesu planowano
monitorować wykonując widma FTIR i obserwując min. zanik silnych pasm związanych z drganiami rozciągającymi jego grupy estrowej tzn. C=O. Poniżej zestawiono masy
reagentów użytych do reakcji, a na następnej stronie schematy przeprowadzonych syntez.
Na podstawie obliczonych stosunków molowych zauważono, że za każdym razem udało się zachować nadmiar 1,1,3,3-tetrametyloguanidyny nad aminokwasem dzięki czemu został on przeprowadzony w odpowiednią sól guanidyniową oraz wprowadzić do układu odpowiednią ilość laktonu umożliwiającą monitorowanie procesu. W oparciu o obliczoną masę wzorcową i eksperymentalną obliczono procentowy błąd popełniony podczas ważenia reagentów; dla żadnego z nich nie przekroczono 3,6 %.
Tabela 6. Zestawienie danych dotyczących przeprowadzonych reakcji. Przyjęto następujące oznaczenia:
mw – masa wzorcowa (wyznaczona na podstawie przyjętych mas molowych i stosunków molowych reagentów); mo - masa odważonych reagentów; nu – stosunki molowe uzyskane (obliczone na podstawie odważonych mas reagentów i przyjętych mas molowych). Ujemna wartość błędu oznacza niedomiar, a dodatnia nadmiar reagenta w stosunku do przyjętych założeń.
Numer reakcji nazwa reagenta mw [g] mo [g] błąd [%] nu czas trwania [h]
sarkozyna 0,891 0,894 0,3 0,010
TMG 1,200 1,222 2,2 0,011
D-pantolakton 1,301 1,300 -0,1 0,010
sarkozyna 0,891 0,891 0 0,010
TMG 1,200 1,236 3,6 0,011
L-laktyd 1,441 1,441 0 0,010
sarkozyna 1,782 1,783 0,1 0,020
TMG 2,400 2,409 0,9 0,021
L-laktyd 1,441 1,441 0 0,010
L-seryna 2,102 2,101 -0,1 0,020
TMG 2,400 2,429 2,9 0,021
L-laktyd 1,441 1,442 0,1 0,010
L-seryna 1,051 1,051 0 0,010
TMG 1,200 1,214 1,4 0,011
D-pantolakton 1,301 1,301 0 0,010
L-alanina 0,891 0,891 0 0,010
TMG 1,200 1,212 1,2 0,011
L-laktyd 1,441 1,441 0 0,010
6
49 Reakcja sarkozynianu 1,1,3,3-tetrametylowodoroguanidyniowego z D-pantolaktonem
.
Reakcja sarkozynianu 1,1,3,3-tetrametylowodoroguanidyniowego z L-laktydem
O
Reakcja L-serynianu 1,1,3,3-tetrametylowodoroguanidyniowego z L-laktydem
O
Reakcji L-serynianu 1,1,3,3-tetrametylowodoroguanidyniowego z D-pantolaktonem
O
Reakcja soli L-alaniny i 1,1,3,3-tetrametyloguanidyny z L-laktydem
.
TMGH+Schemat 1. Plan syntez
50 Postęp reakcji pomiędzy solą danego aminokwasu i 1,1,3,3-tetrametyloguanidyny, a estrem wewnętrznym badano w oparciu o widma w podczerwieni zarejestrowane przy użyciu spektrometru FTIR. W stosunku do spektrometrów dyspersyjnych te z transformacją Fouriera posiadają szereg zalet i w znacznym stopniu je wyparły [61]. Ponieważ nie stosuje się w nich monochromatora, cały zakres promieniowania przechodzi przez próbkę jednocześnie, co znacznie skraca czas analizy (zaleta Felgetta). Dodatkowo mogą one
osiągnąć bardzo wysoką zdolność rozdzielczą. Uzyskane dane poddaje się konwersji z analogowych w cyfrowe, a więc są one łatwe do przetwarzania. Wyniki wielu skanów
można zsumować, aby wyeliminować przypadkowe zakłócenia i uzyskać bardzo dobre
widmo z nawet z małej ilości substancji. Jak w każdym spektrometrze sprzężonym z komputerem, widma czystych próbek lub rozpuszczalników zapisane w pamięci
komputera można odejmować od widm mieszanin. Oprogramowanie umożliwia również rejestracje widma w postaci liniowej zależności od liczby falowej lub długości fali.
Próbkę przeznaczona do analizy przygotowywano w następujący sposób.
Z mieszaniny reakcyjnej przy pomocy pipetki Pasteura pobierano około 1 ml cieczy, a następnie odparowywano ja pod zmniejszonym ciśnieniem celem usunięcia
rozpuszczalnika (metanolu), a więc w obniżonej temperaturze. Był to zabieg konieczny ze względu na możliwość uczestniczenia grupy hydroksylowej alkoholu w wiązaniu
wodorowym z wszystkimi innymi zdolnymi do niego ugrupowaniami obecnymi w cząsteczkach zarówno substratów jak i produktów. Takie oddziaływanie mogłoby
dodatkowo wpłynąć na położenie pasm znacznie utrudniając analizę uzyskanego widma.
5.2 Próba wytrącenia izopropanolem osadu soli TMG i L-alaniny z jej roztworu w metanolu
Do kolby kulistej (V = 100ml) wprowadzano L-alaninę (0,01 mola) razem z niewielkim nadmiarem TMG (≈0,01 mola) oraz kilkoma milimetrami rozpuszczalnika (≈
2 ml), którym był metanol. Ciekłą zasadę, metanol dozowano za pomocą pipetki Pasteura natomiast L-alaninę plastykową łopatką. Następnie kolbę z reagentami umieszczano w układzie wyposażonym w mieszadło magnetyczne z funkcją grzania i regulacji temperatury, pod chłodnicą, i zabezpieczonym przed wpływem otoczenia (wilgocią, dwutlenkiem węgla) rurką z wodorotlenkiem potasu. Po około 15 minutach ogrzewania zaobserwowano rozpuszczenie się aminokwasu, jego przejście do roztworu. Po trzygodzinnym ogrzewaniu roztworu L-alaniny z 1,1,3,3-tetrametyloguanidyną dodano izopropanol. Po wkropleniu około 1 ml alkoholu zaobserwowano wytrącanie się osadu. Otrzymany osad przemyto izopropanolem i odsączono. Analiza widm 1H NMR, 13C NMR, że zamiast soli 1,1,3,3-tetrametyloguanidyny i aminokwasu wytrącono czystą L-alaninę.
51