Eksamen FARM238 KJEM238 Høst 2023 Sensorveiledning PDF

Eksamen FARM238 KJEM238 Høst 2023 Oppgave 1 Molekylstrukturen til et naturstoff som dere har isolert på laboratoriekurset er vist over. a) Navngi naturstoffet. Hesperidin b) Hvilken stoffgruppe tilhører naturstoffet vist over? Flavonoid (flavanon) c) Beskriv kortfattet hvordan naturstoffet ove...

Eksamen FARM238 KJEM238 Høst 2023 Oppgave 1 Molekylstrukturen til et naturstoff som dere har isolert på laboratoriekurset er vist over. a) Navngi naturstoffet. Hesperidin b) Hvilken stoffgruppe tilhører naturstoffet vist over? Flavonoid (flavanon) c) Beskriv kortfattet hvordan naturstoffet ovenfor blir isolert fra appelsinskall. Hvorfor blir hvert enkelt av trinnene i isolasjonsprosessen utført? 1. Skille hvit del av appelsinskall fra oransje del av appelsinskall siden det er høyest konsentrasjon av hesperidin i det hvite indre appelsinskallet. 2. Det hvite indre appelsinskallet ekstraheres først med petroleumeter i en time ved 60oC under refluks for å fjerne upolare forbindelser fra appelsinskallet. Petroleumeterekstraktet kastes, mens det hvite indre appelsinskallet beholdes. 3. Ekstrahering av det indre hvite appelsinskallet i tre timer med metanol ved 70oC ved refluks for å ekstrahere hesperidin fra appelsinskallet. 4. Det metanoliske ekstraktet filtreres gjennom glassull og dampes inn til vandig konsentrat på rotavapor (for at hesperidin deretter skal kunne krystalliseres fra det vandige konsentratet. 5. Fortynnet eddiksyre (5%) tilsettes for å få pH der hesperidin er mest mulig tungtløselig og dermed fremme krystallisering. Krystallisering finner deretter ste i begerglass i 30 minutter i kjøleskap. 6. Utkrystallisert hesperidin samles på filterpapir på Büchnertrakt, overføres til begerglass, løses i NaOH, filtreres gjennom glassull og tilsettes deretter HCl til nøytral/svakt sur pH for å kunne rekrystallisere hesperidin og dermed få et renere produkt. 7. Hesperidin rekrystalliseres så i 30 minutter i kjøleskap og utkrystallisert hesperidin samles på filterpapir på Büchnertrakt. d) Strukturen til dette naturstoffet ble bestemt ved hjelp av NMR-spektroskopi. Eksperimentene som ble benyttet var 1D 1H (endimensjonalt hydrogenspektrum), 1D 13C CAPT (endimensjonalt karbon-13 spektrum), 2D 1H-13C HSQC (todimensjonalt enbindings hydrogenkarbon korrelasjonsspektrum), 2D 1H-13C HMBC (todimensjonalt flerbindings hydrogen-karbon korrelasjonsspektrum) og 2D 1H-1H COSY (todimensjonal korrelasjonsspektroskopi). Forklar kort hvilken informasjon vi får fra hvert enkelt av disse NMR-eksperimentene. 1D 1H NMR: Ser 1H signaler og deres koblingskonstanter (men flere signaler kan overlappe, det vil si at de har samme kjemiske skiftverdier). Signalenes plassering i NMR-spekteret indikerer om de tilhører for eksempel fenoliske hydroksylgrupper, aromat, alken, alifat. 13 C CAPT: Viser alle ikke-ekvivalente karbonatomer i forbindelsen. Overlapp er sjelden et problem i 1D 13C. Signaler for kvarternære C og CH2 peker oppover i spekteret, mens signaler for CH og CH3 peker nedover i spekteret. 2D 1H-13C HSQC: Viser hydrogen som er direkte bundet til karbonatomer, det vil si enbindingskorrelasjoner mellom hydrogen og karbon. 2D 1H-13C HMBC: Viser flerbindingskorrelasjoner mellom hydrogen og karbon. Viktigst er som regel tobindingskorrelasjoner og trebindingskorrelasjoner. Viktig eksperiment for å bevise tilkytningspunkter mellom substrukturer (som for eksempel aglykon og sukkerenheter) i molekyler og for full anordning av 1H og 13C signaler i molekylet. 2D 1H-1H COSY: Alle signalene i 1D 1H NMR-spekteret finnes på diagonalen i COSY-spekteret. COSY-spekteret viser korrelasjonstopper symmetrisk om diagonalen i spekteret mellom signaler for H-atomer som kobler direkte med hverandre gjennom bindinger. Observerer som regel 2JHH, 3JHH og for umettede grupper også 4JHH i COSY-spekteret. Oppgave 2 a) Hva er latinsk farmasøytisk betegnelse på droge av hvitløk? Allium sativum, evt. Allii bulbus b) Nevn fire ulike dokumenterte eller påståtte biologiske effekter av hvitløk. For eksempel antiseptisk, bakteriehemmende, virushemmende, sopphemmende, antioksidant, blodsukkersenkende, kolesterolregulerende, blodåreutvidende, styrker kapillærårenes vegger, blodtrykksregulerende, blodfortynnende, kretsløpsstimulerende, antikoagulerende c) Alliin er et av stoffene som er funnet i hvitløk. Gi eksempel på et stoff som alliin kan bli omdannet til. Hvorfor/når kan slike reaksjoner skje? Alliin kan bli omdannet til Allicin. Skjer ved enzymatisk nedbrytning vha enzymet alliinase når vevet til hvitløk blir skadet, for eksempel når hvitløk blir skåret opp. d) Hvordan ville du ha gått fram for å produsere og kvalitetssikre et kosttilskudd basert på hvitløk som skulle markedsføres i Norge? Produksjon av plantemateriale basert på prinsippene i GMP (good manufacturing practice) og/eller ISO (international organization for standardization), i dette tilfelle GAP (good agricultural practice). De etterfølgende prosesseringstrinnene (tørking, oppkutting, lagring, pakking, transport o.s.v. i overensstemmelse med GMP, er vesentlige for reproduserbare og høykvalitets produktpartier (batcher). Vanninnhold i ferdig produkt bør være relativt lavt for å kunne hindre degradering av aktive komponenter. Kontroll av at mengde mikroorganismer og pesticider i produkt er under grenseverdier. e) Hva er et glykosid? Gi et eksempel på et naturstoffbasert legemiddel som er et glykosid. Glykosider er karbohydrat i form av mono-, oligo- eller polysakkarid bundet kovalent til en ikke sukkerkomponent (aglykon). Glykosider klassifiseres etter type binding mellom sukker og aglykon, henholdsvis O-glykosider, N-glykosider, S-glykosider, esterglykosid. Glykolipider (cerebrosider, gangliosider) og glykoproteiner er og glykokonjugater. I glykoproteiner der en har bindinger mellom N-acetyl glukosamin og asparagin (GlcNAc- Asn), N-acetyl galaktosamin og serin eller treonin (GalNAc-Ser/Thr) eller arabinose og hydroxyprolin (Ara-Hyp) i karbohydratdel og polypeptid. Digitoxin, digoxin og sukralfat er eksempler på glykonjugater som brukes eller har vært brukt som legemidler: f) Hvilke kriterier må oppfylles dersom et preparat skal godkjennes som et «Veletablert plantebasert legemiddel» i Norge? Definisjon Veletablerte plantebaserte legemidler: Minst 10 års veletablert medisinsk bruk ved den aktuelle indikasjon innen EØS – området. Publiserte kliniske studier som dokumenterer effekt ved den aktuelle indikasjon. Følger regler som øvrige legemidler og kan være reseptpliktige. Må bli ført opp på LUA listen for å selges utenom apotek. Oppgave 3 a) Nedenfor er vist strukturene til fire biologisk aktive naturstoffer (A-D). Navngi forbindelsene. b) Nevn en kilde til hver av disse fire forbindelsene (A-D) og deres medisinske anvendelse. A: Taksol fra canadisk barlind (Taxus brevifolia). Brukes til behandling av kreft. B: Artemisinin fra Artemisia annua. Brukes til behandling av malaria. C: Betulinsyre fra blant annet bjørkebark, misteltein og flere andre kilder. Mot kreft (spesifikk cytotoksisitet overfor melanoma kreftceller). D: Actinomycin D. Fra Streptomyces parvullus. Mot kreft. Oppgave 4 a) Beskriv kort hvordan Soxhlet-ekstrahering utføres og tegn en enkel skisse av apparatur som benyttes. Plantemateriale plasseres i beholder laget av filterpapir gjennom hvilket løsemiddel blir refluksert kontinuerlig Soxhletapparatet vil tømme sitt innhold inn i rundkolben når væskenivået har nådd et visst nivå Siden ferskt (rent) løsemiddel kontinuerlig blir tilført plantematerialet fra kjøleren ved refluksprosessen er ekstraheringsmetoden svært effektiv Utmerket metode for å få høye utbytter, men fare for termisk nedbrytning av produktene Skisse av Soxhlet-apparatur 1: Magnetrører 2: Rundkolbe 3: Destillasjonsvei 4: Beholder laget av filterpapir for plantemateriale som ekstraheres 5: Plantemateriale 6: Sifongtopp 7: Sifongutgang 8: Ekspansjonsadapter 9: Vannkjøler 10: Kjølevann inn 11: Kjølevann ut b) Hva er grunnprinsippene for alle former for kromatografi? Hvorfor anvendes vanligvis kromatografi til å isolere rene naturstoffer fremfor de før-kromatografiske teknikkene destillasjon og krystallisering? Grunnprinsippene for alle former for kromatografi: Et kromatografisk system består av to faser som ikke er blandbare i hverandre. Den ene fasen beveger seg (mobilfasen), mens den andre fasen er i ro (stasjonærfase). Hvordan molekylene i prøven fordeler seg mellom mobilfase og stasjonærfase avgjør om vi får separert stoffene i prøven. Destillasjon forutsetter at stoffene som separeres er termisk stabile. Kun anvendbart på rundt 25% av alle organiske forbindelser. Krystallisering er utmerket metode, men svært mange naturstoffer lar seg ikke krystallisere. c) Fortell kort hva som menes med 1) absorpsjonskromatografi Kromatografisk system der stasjonær fase er absorbsjonsmiddel. Et fast stoff (stasjonær fase) opptar og binder på sin overflate stoff fra en omgivende væske eller gass (mobil fase). Den stasjonære fasen er finfordelt fast adsorpsjonsmiddel. 2) ionebytterkromatografi Kromatografisk system der stasjonær fase er ionebytter. En ionebytter består av en uløselig matriks som er bundet med kovalente bindinger til ioniske grupper. De ioniske gruppene er elektrostatisk assosiert til motioner (med motsatt ladning). Disse motionene kan reversibelt bli utbyttet med andre ioner med samme ladning uten forandringer av matriks. Betingelser blir valgt slik at forbindelsene som skal separeres får ulik elektrostatisk tiltrekning til ionebytteren. 3) HPLC Høytrykksvæskekromatografi. Prøveinnføring: væskefase (løsning) Temperatur: vanligvis romtemperatur Arbeidstrykk: vanligvis 100-300 bar Væskehastighet: ca 1-2 mL/min for 4,6 mm i.d. kolonne Analysetid: ca 3-30 min (gradient 10-45 min.) Minste detekterbare mengde: 1 pg – 1 μg Maksimal påsetting: μg – g Detektorprinsipp: UV, brytningsindeks, fluorescens, elektrokjemisk m.m. Separasjonsprinsipp: adsorpsjonskromatografi, omvendt fase, ionebytting, ionepar, eksklusjonskromatografi. 4) GC Når en gass blir brukt som mobilfase i et kromatografisk system kalles teknikken gasskromatografi (GC). Stoffer som skal analyseres med GC, må være flyktige og stabile ved de temperaturer som benyttes. Med utgangspunkt i den stasjonære fase skilles det mellom to typer gasskromatografi: 1. Gas-solid chromatography (GSC) eller gass-fast stoff kromatografi, hvor den stasjonære fase er et adsorpsjonsmiddel. 2. Gas-liquid chromatography (GLC) eller gass-væske kromatografi, hvor den stasjonære fase er en ikke-flyktig væske. 5) SFC Superkritisk væskekromatografi. Mobil fase: superkritisk fluid Stasjonær fase: pakkede kolonner eller åpne kapillærer Deteksjon: både GC og HPLC detektorer. Oppgave 5 a) Nevn eksempler på naturstoffer som brukes til behandling av følgende sykdommer og fra hvilke kilder naturstoffene isoleres 1) Malaria For eksempel artemisinin fra Artemisia annua og kinin fra barken av kinatreet (Cinchona officinalis) (barken kalles cinchona cortex). 2) Nematodeinfeksjoner Avermectiner isolert fra jordbakterien Streptomyces avermitilis. (Hydrogenering av avermectiner gir Ivermectiner, som er virkestoffene i legemidlene benyttet mot nematodeinfeksjoner). 3) Øyesykdommer Øyeinfeksjoner: Eyebright (Euphrasia officinalis). De aktive forbindelsene er iridoidglykosider, lignaner og deres glykosider og tanniner og deres derivativer. Jaborandi (Pilocarpus microphyllus) inneholder pilocarpin som hovedsakelig brukes til å motvirke effektene av atropin etter øyeundersøkelser. Imidlertid blir forbindelsen også anvendt i behandling av glaukoma (Grønn stær) siden den fremmer drenering av øyet og derved reduserer det intraokkulare trykket. Atropin, isolert fra Atropa belladona, blir brukt til å behandle uveitt (regnbuehinnebetennelse), i tillegg til den generelle bruken for å utvide pupillene ved øyeundersøkelse. b) I perioden 1347-1353 ble verden rammet av en pandemi som i samtiden ble kjent som Svartedauden. 60 prosent av befolkningen i Europa døde i løpet av pandemien, som var forårsaket av bakterien Yersinia pestis. Svartedauden eksisterer fremdeles i mange deler av verden, men er ikke lenger et problem da den kan behandles med naturstoffet X vist nedenfor. Svar på følgende angående X: 1) Hva heter naturstoffet vist nedenfor? Tetrasyklin. 2) Hva er molekylformelen CxHyOzNq til X? C22H24O8N2 3) Identifiser asymmetriske C-atomer i strukturen til X. Hvor mange mulige stereoisomere har X? 5 stereosentre. 25 = 32 mulige stereoisomere.