Tropinonist ein Tropanalkaloid, es ist ein Alkaloid, das als Zwischenprodukt für die Synthese von Atropin verwendet wird. Blassgelbe bis braune Kristalle oder kristalline Pulver, nadelförmige Kristalle (Benzin), die als Zwischenprodukte bei der Synthese von Atropinsulfat verwendet werden. Es ist ein erwähnenswertes Alkaloidmolekül in der Geschichte der organischen Synthese. Die Verbindung reagiert mit Dimethylcarbonat in Gegenwart einer Base unter Bildung von 2-Methoxycarbonyltropionat, das dann in Gegenwart von Raney-Nickel zu Methyldicarboxylat hydriert wird. Schließlich reagiert Methylmethacrylat in Gegenwart von Pyridin mit Benzoylchlorid zu Kokain.
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Chemische Formel |
C8H13NO |
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Genaue Masse |
139 |
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Molekulargewicht |
139 |
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m/z |
139 (100.0%), 140 (8.7% |
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Elementaranalyse |
C, 69.03; H, 9.41; N, 10.06; O, 11.49 |
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Totalsynthese:
Die früheste Totalsynthese von Tropidon wurde 1901 von Willstätter abgeschlossen.
Wilstedt (Gewinner des Nobelpreises für Chemie 1915) verwendete Cyclohexanon als Ausgangsmaterial. Obwohl die Ausbeute bei jedem Schritt der Route hoch war, verringerte sich die Gesamtausbeute aufgrund der vielen Schritte erheblich, nämlich nur um 0,75 %. Natürlich war es ein großer Beitrag zur Entwicklung der organischen Synthesechemie, solche komplexen Verbindungen zu Beginn des 20. Jahrhunderts künstlich zu synthetisieren. Dies ist eines der wichtigen Ereignisse in der frühen Phase der Synthese komplexer Naturstoffe im Labor. Der erfolgreiche Aufbau dieses recht komplexen natürlichen Moleküls stellt den Höhepunkt der organischen Synthese in der klassischen Periode dar und markiert die Geburtsstunde der mehrstufigen Totalsynthese.
Vor der Synthese von Tropin synthetisierte Willstätter 1898 erstmals erfolgreich Kokain mit Tropin als Rohstoff und klärte die Struktur von Kokain auf.
Im Jahr 1917 entwickelte Robert Robinson eine kurze Synthesemethode für Tropin. Diese Methode ist einer der klassischen Wege in der organischen Synthese.Tropinonwurde aus Succinal, Methylamin und 3-Oxoglutarsäure mit einfacher Struktur durch Mannich-Reaktion in drei Schritten (Eintopfreaktion) unter bionischen Bedingungen synthetisiert, und die Ausbeute erreichte 17 %, die nach Verbesserung 90 % überschreiten kann.
Der Reaktionsmechanismus ist:
Nukleophile Addition von primärem Amin an Aldehyd, gefolgt von Dehydratisierung unter Bildung von Imin;
Durch die nukleophile Addition von Iminmolekülen entsteht der erste Ring;
Die intermolekulare Mannich-Reaktion zwischen 3-Enolanion und Acetondicarboxylation;
Nach der Dehydratisierung wurden ein neues Enolanion und ein neues Imin gebildet;
Intramolekulare Mannich-Reaktion unter Bildung des zweiten Rings;
Entfernen Sie zwei Carboxylgruppen, um die Verbindung zu bilden.
Biosynthese:
Im Körper werden Derivate, die zum Aufbau des Kokainringsystems verwendet werden, aus L-Glutamin oder L-Arginin synthetisiert. Zunächst werden diese beiden Aminosäuren einer Carbonylreduktion oder Decarboxylierung unterzogen, um L-Ornithin zu erzeugen, das dann einer Decarboxylierung unterliegt, um Putrescin zu produzieren. Anschließend wird ein Stickstoffatom im Putrescin durch SAM methyliert, wodurch N-Methylputrescin entsteht. N-Methylputrescin wird unter der Katalyse der Diaminoxidase in 4-Methylaminobutanal umgewandelt und zur Schiffschen Base N-methyl - Δ 1-Pyrrolin-Kation cyclisiert.
Anschließend wurden zwei Enantiomere des N-methyl - Δ-substituierten Pyrrolidinrings durch Clarison-Kondensation des 1-Pyrrolidin-Kations mit Acetyl-CoA erhalten. Allerdings kann nur das (S) --Isomer dieser beiden Produkte weiterhin eine Cyclisierung eingehen, um das Gerüst von Scopolamin zu bilden. Das Thioesterprodukt kondensiert weiterhin mit einem anderen Acetyl-CoA-Molekül, um das 4-Derivat von Thiosuccinat zu erhalten. Letzteres wird oxidiert, um die positiven Ionen von Pyrrolidiniumsalzen und die negativen Ionen von Enolen zu regenerieren. Die Kondensation (intramolekulare Mannich-Reaktion) findet zwischen beiden statt und führt zu einem Produkt, bei dem die 4-Position der Substanz durch eine -C(O)-SCoA-Gruppe ersetzt wird. Anschließend hydrolysiert die Thioestergruppe zu einer Carbonsäure, die dann über SAM zu Methylester methyliert wird und die Doppelbindung unter Einwirkung von NADPH reduziert wird, um Methyldicarboxylat zu erhalten. Schließlich kondensiert Methylblastin mit Benzoyl-CoA über den Phenylalanin-Zimtsäure-Weg und bildet Kokain.
Tropinonhat als Tropanalkaloid eine Molekülstruktur, die aus einem stickstoffhaltigen bicyclischen Gerüst und einer Ketoncarbonylgruppe besteht. Aufgrund seiner einzigartigen chemischen Eigenschaften ist es in den Bereichen Medizin, organische Synthese und Alkaloidforschung von großem Wert.
Kernanwendung: Schlüsselrolle pharmazeutischer Zwischenprodukte
Die bekannteste Verwendung-ist die Verwendung als Zwischenprodukt bei der Synthese von Atropinsulfat. Atropin, ein klassisches Anticholinergikum, wird häufig in der klinischen Behandlung verschiedener Krankheiten eingesetzt, indem es cholinerge Rezeptoren vom Typ M- blockiert
In der Augenheilkunde wird Atropin zur Untersuchung und Behandlung von Augenerkrankungen wie Iridozyklitis und Keratitis eingesetzt, indem es die Pupille erweitert und Lähmungen reguliert. Gleichzeitig kann es das Fortschreiten der Myopie hemmen und ist zu einem beliebten Medikament zur Vorbeugung und Kontrolle von Myopie bei Kindern geworden. Als Vorstufe seiner Synthese unterstützt es direkt die Produktion von Atropin im großen Maßstab.
Verdauungssystem: Atropin kann Krämpfe der glatten Muskulatur im Magen-Darm-Trakt lindern und wird zur Behandlung von Krankheiten wie Magengeschwüren und Koliken eingesetzt. Seine Synthese beruht auf der stabilen Versorgung mit Atropin.
Notfallentgiftung: Bei der Notfallbehandlung einer Organophosphat-Pestizidvergiftung wirkt Atropin konkurrenzfähig gegen Acetylcholin, kehrt muskarinische Symptome um und seine Syntheseeffizienz wirkt sich direkt auf die Verfügbarkeit von Notfallmedikamenten aus.
Darüber hinaus ist es auch an der Synthese anderer wichtiger Medikamente beteiligt:
Kokainsynthese: Es kann durch Veresterung, Hydrierung und andere Reaktionen in Kokain umgewandelt werden. Obwohl Kokain aufgrund seiner Suchtwirkung streng reguliert ist, ist es aufgrund seiner einzigartigen Rolle bei der Lokalanästhesie und Vasokonstriktion in bestimmten medizinischen Bereichen wie der Augenchirurgie immer noch unersetzlich. Als Ausgangspunkt des Synthesewegs bestimmen seine chemische Reinheit und Reaktivität direkt die Qualität des Endprodukts.
Herstellung von Methylblastin: Methylblastin wird durch Hydrierungsreduktion erzeugt und ist ein Vorläufer verschiedener Alkaloide, die zur Untersuchung von Neurotransmitter-Übertragungsmechanismen und zur Entwicklung neuer Analgetika verwendet werden.
Derivative Anwendungen: Modellmoleküle für die Alkaloidforschung
Die molekulare Struktur macht es zu einem idealen Modell für die Alkaloidchemieforschung:
Totalsyntheseforschung: Ihr Syntheseweg (wie die Cyclisierungsreaktion von Butanal mit Methylamin und Acetondicarbonsäure) ist ein klassischer Fall in der organischen Chemie. Im Jahr 1917 gelang Willstätter und Robinson die Totalsynthese von NSC 118012 durch verschiedene Methoden, darunter Robinsons konjugierte Additionscyclisierungsstrategie, die ein neues Paradigma für die Alkaloidsynthese bahnte und dafür 1947 den Nobelpreis für Chemie gewann.
Die synthetische Forschung fördert nicht nur die Entwicklung der Theorie der organischen Synthese, sondern bietet auch methodische Unterstützung für die Strukturanalyse komplexer Naturstoffe.
Derivatentwicklung: Die bicyclische Struktur von NSC 118012, die Ketoncarbonyl und Stickstoff enthält, erleichtert die chemische Modifikation und erzeugt verschiedene biologisch aktive Derivate:
2-Methoxycarbonyltropinon: Wird durch eine Veresterungsreaktion hergestellt und ist ein Schlüsselzwischenprodukt für die Synthese von Methylsalicylat (wird zur Diagnose der Parkinson-Krankheit verwendet).
Seine Keton-Carbonylgruppe kann zu Alkoholen reduziert oder in Enolether-Derivate umgewandelt werden, wodurch der Designraum bioaktiver Moleküle weiter erweitert wird.
Topenonoximverbindungen: entstehen durch Oximationsreaktionen, haben antibakterielle und entzündungshemmende Wirkungen und einige Derivate zeigen eine hemmende Wirkung auf arzneimittelresistente Stämme, was sie zu potenziellen Kandidaten für die Entwicklung neuer Antibiotika macht.
Erforschung pharmakologischer Mechanismen: Die Untersuchung der Struktur-Wirkungsbeziehung von Alkaloiden und ihren Derivaten kann dabei helfen, den molekularen Mechanismus der Wechselwirkung zwischen Alkaloiden und Rezeptoren aufzudecken. Beispielsweise kann durch Modifizierung des Stickstoffatoms oder der zyklischen Struktur von NSC 118012 seine Affinität zu cholinergen Rezeptoren reguliert werden, was eine theoretische Grundlage für die Entwicklung selektiverer anticholinerger Arzneimittel darstellt.
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Mögliche Forschungsrichtung: Erweiterung von der Grundlagenforschung zur klinischen Forschung
Mit der Verschmelzung von Chemie und Medizin erweitern sich die Anwendungsszenarien vom klassischen pharmazeutischen Bereich hin zu einem breiteren Spektrum biomedizinischer Richtungen:
Neurowissenschaftliche Forschung: Als Modellmolekül des cholinergen Systems kann es zur Untersuchung der Neurotransmitterübertragung, der synaptischen Plastizität und der Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit eingesetzt werden. Durch die Markierung der Kohlenstoff- oder Stickstoffisotope von NSC 118012 können seine Stoffwechselwege in vivo verfolgt werden, was ein Werkzeug für pharmakokinetische Studien darstellt.
Materialwissenschaftliche Anwendungen: Die stickstoffhaltige bicyclische Struktur von NSC 118012 hat eine einzigartige räumliche Konfiguration und kann als Ligand für die Gestaltung metallorganischer Gerüste (MOFs) oder supramolekularer Anordnungen verwendet werden. Diese Art von Material hat potenzielle Anwendungen in der Gasadsorption, Katalyse und Arzneimittelabgabe gezeigt. Beispielsweise können mit NSC 118012 modifizierte MOFs zur selektiven Adsorption von Nervenkampfstoffen verwendet werden, was neue Strategien für den chemischen Schutz bietet.
Im Bereich der Landwirtschaft und des Umweltschutzes ist es aufgrund seiner antibakteriellen Wirkung ein Kandidatenmolekül für die Entwicklung natürlicher Pestizide. Durch strukturelle Optimierung können leicht abbaubare Alkaloid-Pestizide mit geringer Toxizität entwickelt werden, um die Umweltverschmutzung durch chemische Pestizide zu reduzieren. Darüber hinaus kann die am Syntheseweg von NSC 118012 beteiligte Cyclisierungsreaktion methodische Hinweise für die Umwandlung von Biomasse liefern und zu einer nachhaltigen Entwicklung beitragen.
Welche Verwendungsmethoden und Vorsichtsmaßnahmen gibt es für diese Verbindung?
Aufgrund seines pharmazeutischen Zwischenproduktcharakters und seiner gewissen Toxizität sollte seine Verwendung strikt auf professionelle Labore oder industrielle Produktionsumgebungen beschränkt und von Fachleuten mit einschlägigem Wissen und Erfahrung durchgeführt werden. Das Folgende ist eine Zusammenfassung vonTropinonVerwendungsmethoden und Vorsichtsmaßnahmen basierend auf den allgemeinen Grundsätzen des Umgangs mit Chemikalien:
Verwendungsmethode
Berufliches Umfeld:
Es sollte in einer gut belüfteten Labor- oder Industrieproduktionsumgebung verwendet werden, die mit den erforderlichen Sicherheitseinrichtungen ausgestattet ist.
Persönlicher Schutz:
Bediener sollten geeignete persönliche Schutzausrüstung wie Schutzkleidung, Handschuhe, Staubmasken, Schutzbrillen usw. tragen, um einen direkten Kontakt zwischen Chemikalien und Haut, Augen oder Atemwegen zu verhindern.
Betriebsstandards:
Befolgen Sie die Betriebsabläufe genau, um die Entstehung von Staub oder Spritzern zu vermeiden. Wenn eine große Menge NSC 118012 abgewogen oder verarbeitet werden muss, sollten geeignete Werkzeuge und Geräte wie Messflaschen, Trichter usw. verwendet werden.
Speicheranforderungen:
Die Masse sollte an einem kühlen, trockenen und gut belüfteten Ort gelagert werden, entfernt von Feuer-, Hitze- und unverträglichen Substanzen. In der Zwischenzeit muss sichergestellt werden, dass der Behälter dicht verschlossen ist, um ein Austreten von Chemikalien zu verhindern.
Angelegenheiten, die Aufmerksamkeit erfordern
Kontakt vermeiden:
Vermeiden Sie direkten Kontakt mit Haut, Augen oder Kleidung. Bei versehentlicher Berührung sofort mit viel Wasser abspülen und schnellstmöglich einen Arzt aufsuchen.
Brandschutz:
Diese Verbindung kann sich bei hohen Temperaturen zersetzen und giftigen Rauch erzeugen. Daher sollte der Kontakt mit Feuerquellen vermieden werden. Im Brandfall sollten geeignete Feuerlöschmittel zum Löschen eingesetzt und der Unfallort umgehend evakuiert werden.
Umweltschutz:
Vermeiden Sie, dass es in die Kanalisation oder in Gewässer gelangt, um eine Umweltverschmutzung zu vermeiden. Ist eine Entsorgung erforderlich, sind die einschlägigen Umweltvorschriften zu beachten und mit der Entsorgung fachgerechte Institutionen zu beauftragen.
Gesundheitsüberwachung:
Personen, die über einen längeren Zeitraum damit in Kontakt waren, sollten sich regelmäßigen Gesundheitschecks unterziehen, um potenzielle Gesundheitsprobleme umgehend zu erkennen und zu beheben.
Sicherheitsschulung:
Bediener sollten die erforderliche Sicherheitsschulung erhalten, um die Eigenschaften, Gefahren und Notfallreaktionsmethoden des Geländes zu verstehen und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Gesetze und Vorschriften:
Bei der Verwendung, Lagerung und dem Transport dieses Stoffes sollten die einschlägigen nationalen Gesetze, Vorschriften und Standards strikt befolgt werden, um die Legalität und Konformität sicherzustellen.
Wie sind die Forschungsfortschritte auf dem Biosyntheseweg dieser Verbindung?
Das Forschungsteam des Kunming-Instituts für Botanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat drei Typ-III-Polyketidsynthasen entdeckt, die die Kondensation des N-Methylpyrrolin-Kations mit Malonyl-Coenzym A katalysieren können, um das Schlüsselzwischenprodukt für die Tropinan-Alkaloid-Biosynthese zu bilden. Diese Entdeckung enthüllt nicht nur den Mechanismus der Grundgerüstbildung bei der Biosynthese von Alkaloiden in dieser Verbindung, sondern identifiziert auch einen neuen Typ der pflanzlichen III-Polyketidsynthase, der selektiv und effizient Tricarbonylglutarat synthetisiert und damit den Grundstein für die heterologe Produktion von Hyoscyamin-Arzneimitteln auf Basis der synthetischen Biologie legt.
Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Verbindung das erste Zwischenprodukt in der Biosynthese von Tropanalkaloiden ist und dass ihr Synthesemechanismus durch eine atypische Polyketidsynthase vom Typ III (AbPYKS) und eine P450-vermittelte Cyclisierungsreaktion erreicht wird. Diese Entdeckung erklärt die Koexistenz von Pyrrolin und Tropan in Pflanzen und zeigt die Machbarkeit des Tropan-Engineerings in Pflanzen, die kein Tropan produzieren.
Eine Überexpression von PYKS und CYP82M3 in der Wurzelkultur von Atropa belladonna kann den Gehalt dieser Verbindung und Scopolamin deutlich erhöhen. Darüber hinaus kann eine Überexpression von UGT1 und LS den Gehalt an Hyoscyamin, Scopolamin, Isohyoscyamin und Hyoscyamin erheblich erhöhen, was darauf hinweist, dass diese beiden Schritte die beiden geschwindigkeitsbestimmenden Schritte in der Hyoscyamin-Biosynthese sind.
Das Team von Christina Smolke an der Stanford University integrierte mehrstufige heterologe Expressionsgene in Hefe und erreichte erfolgreich die heterologe Synthese von Hyoscyamin und Scopolamin durch Zusammenbau verschiedener Module und subzelluläre Lokalisierung. Dieser Erfolg zeigt das Potenzial für die Herstellung komplexer Naturstoffe in Mikroorganismen über Biosynthesewege.
FAQ
Wofür wird Tropinon verwendet?
Es leitet sich von Tropan ab und dient alsein wichtiger Vorläufer bei der Synthese verschiedener wichtiger Alkaloide wie Kokain und Atropin. Erstens ist Tropinon ein farbloser kristalliner Feststoff mit einem charakteristischen Geruch. Es hat die Summenformel C8H13NO und eine Molmasse von etwa 139,2 g/mol.
Was ist die Synthese von Tropinon?
Tropinon ist ein bizyklisches Molekül, aber die bei seiner Herstellung verwendeten Reaktanten sind recht einfach: Succinaldehyd, Methylamin und Acetondicarbonsäure (oder sogar Aceton). Die Synthese ist ein gutes Beispiel für eine biomimetische Reaktion oder biogenetische -Synthese, da bei der Biosynthese dieselben Bausteine verwendet werden.
Was ist Tropin?
Tropin ist definiert alseine bicyclische Verbindung mit einem Tropankern, das als Vorstufe bei der Synthese verschiedener Tropanalkaloide dient, die für ihre starke biologische Aktivität, insbesondere als Neurotransmitter, bekannt sind.
Ist Atropin ein Schmerzmittel?
Augenatropin wird vor Augenuntersuchungen verwendet, um die Pupille, den schwarzen Teil des Auges, durch den Sie sehen, zu erweitern (zu öffnen).Es wird auch zur Linderung von Schmerzen eingesetzt, die durch Schwellungen und Entzündungen des Auges verursacht werden.
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