Dlaczego grzyby sinieją?

Kiedyś wspomniałem o tym we wpisie na temat herbaty, widząc jednak rosnącą ilość wyszukiwań przez które czytelnicy znajdują bloga, wychodzę naprzeciw oczekiwaniom.

Przebarwianie się grzybów pod wpływem uszkodzenia czy rozkrojenia, jest zjawiskiem częstym. Zazwyczaj spotykamy się z nim u Podgrzybków i Borowików oraz innych gatunków rodzaju Boletus, obserwuje się też przebarwianie się białego soku Mleczajów. Dlatego może nas zastanowić skąd się to bierze i czy można w ten sposób odróżnić grzyb jadalny od trującego?
No, niestety zarówno pierwsza jak i druga sprawa, nie są takie proste...

To co pospolicie nazywamy grzybem, stanowi jedynie naziemną, wypuszczaną co pewien czas część grzybicznego osobnika, kryjącego się w ziemi lub drewnie w postaci pleśniowatych strzępków. Owocnik ten, spleciony z twardej tkanki, ma za zadanie rozsiewać zarodniki tworzące się zwykle pod "okapem" kapelusza i uwalniane do powietrza, aby wraz z wiatrem dotrzeć na znaczne odległości. Inne grzyby pomagają sobie wstrzykując zawiesinę zarodników do powietrza, jak choćby pospolite purchawki. Jeszcze inne wykorzystują owady, przyciągane nie miłą wonią padliny i odchodów.
Owocniki te jednakowoż nie po to są produkowane przez grzybnię, aby je jakieś dwunożne zwierzę wycięło kozikiem i zeżarło, toteż grzyby utrudniają mykożercom zadanie bądź maskując się powierzchnią kapelusza podobną do zbrązowiałych liści, bądź wytwarzając rozmaite substancje zniechęcające czy trujące.

Jednym ze sposobów zniechęcenia zwierzęcia jest brunatnienie w miejscach uszkodzonych - pociemniały owocnik wygląda mniej atrakcyjnie - stąd też wiele gatunków grzybów wykazuje tego typu zmiany barwy. Interesujące jest przy tym co właściwie zmienia barwę i w jaki sposób.

Uszkodzenie tkanki grzyba powoduje uwolnienie z wnętrza komórek enzymów degradacyjnych, wśród nich także oksydazę fenolową. Zgodnie z nazwą wywołuje ona utlenienie związków fenolowych. Powstające chinony mają zwykle ciemniejszy kolor. Ponadto połączenie chinonów z pierwotnymi polifenolami tworzy kompleksy z przeniesieniem ładunku, mające bardzo żywe kolory. Wszystkie te efekty wywołują zmianę barwy na niebieską, granatową czy wręcz czarną, ale czasem też czerwoną lub fioletową. Wszystko zależy od tego jakie polifenole są zawarte w danym grzybie.
Podobną przyczynę ma przy okazji brązowienie ziemniaków.
Rekcja zachodzi dosyć szybko:

 

Borowikowe
Rodzina borowikowatych jest bardzo obszerna i obfituje w grzyby smaczne i jadalne. Należą tu borowiki jak i podgrzybki (w nowszej klasyfikacji uznaje się że podgrzybki należą do tego samego rodzaju co borowik i nie stanowią osobnej grupy), ale też koźlarze, maślaczki, złotaki i bardzo nie lubiane goryczaki. Są to grzyby o rurkowatym spodzie kapelusza, podobnym do powierzchni gąbki.

Głównym czynnikiem barwiącym jest w nich brunatna atromentyna i , kwas wariegatowy (variegatic acid) będący pomarańczowym pigmentem, czy powstające z utlenienia atromentyny kwas pulwinowy i kwas wulpinowy (pulvinic acid i vulpinic acid - nazwy są przy okazji anagramami), oraz ich pochodne jak lakton pulwinon, odpowiedzialny za kolor kapelusza maślaka żółtego.
Po uszkodzeniu tkanek, ulegają one dalszemu utlenieniu, przykładowo z podobnych kwasu wariegatowego i kserokomowego (a może borowikowego?) przez utlenianie enzymatyczne powstają niebieskie chinony, a bez enzymu z tego pierwszego powstaje czerwona wariegatorubina[1] :

Wariegatorubina powstaje na przykład w zewnętrznych tkankach grzybów, przyczyniając się do ciepłego odcienia brązowego kapelusza, czy rudego podbarwienia trzonu niektórych podgrzybków. Nie znalazłem natomiast informacji co odpowiada za ciemnoczerwone przebarwienie miąższu trującego borowika szatańskiego.

Do borowików bardzo podobny jest też Piaskowiec, przy czym dla mnie interesujący jest jadalny piaskowiec modrzak, po przekrojeniu zabarwiający się na dość wyraźny niebieski kolor

 Za kolor odpowiada w tym przypadku inny polifenol gyrocyjanina (gyrocyanin) o budowie podobnej do bifenyli, utleniana do jonu chinonu[2]:

Wymienione polifenole oprócz wpływu na kolor grzyba, miewają też ciekawy wpływ biologiczny - wspomniany pulwinon i jego pochodne mają działanie cytostatyczne, mogą stanowić nowe antybiotyki, ale też leki przeciwgólowe i przeciwzapalne, kwas wariegatowy to silny przeciwutleniacz.

Mleczaje
Mleczaje to rodzaj grzybów należących do rodziny gołąbkowatych. Ich charakterystyczną cechą jest mleczko wypływające z uszkodzonych miejsc, czasem zabarwione i dodatkowo zmieniające kolor podobnie jak miąższ. Przykładowo ceniony mleczaj rydz ma pomarańczowe mleczko nie zmieniające koloru i zieleniejący miąższ, lekko trujący mleczaj złocisty ma biały miąższ i mleczko, które po kilku sekundach robi się żółte.

Ich głównymi związkami barwnymi są seskwiterpenoidy zawierające cząsteczkę azulenu, ciekawego węglowodoru aromatycznego, będącego połączeniem pierścienia pentenu i heptatrienu. Cząsteczka ta nadaje im żywe barwy. Przykładowo w mleczaju czerwieniejącym, sączącym po przekrojeniu krwiste mleczko, głównym barwnikiem jest czerwona laktarowiolina (lactaroviolin) będąca aldehydem

Mleczaj świerkowy ma mleczko początkowo pomarańczowe, jednak w ciągu pół godziny staje się ciemnoczerwone by na koniec przy wysychaniu stać się zielonkawe.
Co ciekawe mleczko tego grzyba zawiera zielonkawy laktarofulwen i niebieski laktarazulenen, tych jednak początkowo nie widać. Zmiany koloru są związane z enzymatyczną przemianą nietrwałych estrów pomarańczowego dihydroazulen-1-olu, o dużej intensywności barwy, z których uwalniany jest wolny azulenol o słabszym, żółtym kolorze. Ten ulega dalszemu utlenieniu, enzymatycznemu lub nie, do pochodnych jak fioletowa laktarowiolina, żółtawy delicial czy niebieski deterrol. Mieszanka tych pochodnych, z przewagą laktarowioliny tworzy bordowy kolor. Z czasem nie żółty delicial i azulenol polimeryzują do utworzenia zielonych produktów, które wraz z cały czas obecnym niebieskim laktarazulenem dają w efekcie brudnozielony kolor wysychającego mleczka.[3]

W zasadzie tymi reakcjami można tłumaczyć wszystkie zmiany barwy. Jeśli mleczaje nie zawierają estrów azulenolu, to ich mleczko jest białe i nie zmienia koloru, jak to ma miejsce u mleczaja modrzewiowego. Jeśli je zawierają bez innych azulenów i zawierają enzym je rozbijający, to białe mleczko żółcieje, jak u mleczaja złotawego. Jeśli zawierają inne azuleny, to mleczko jest pomarańczowe i z czasem może zielenieć, jak u mleczaja rydza. Jeśli zawierają estry azulenolu i enzym je rozbijający oraz drugi enzym utleniający, to pomarańczowy sok z czasem czerwienieje, jak u mleczaja jodłowego. A jeśli zawierają estry, enzym hydrolizujący i enzym utleniający o małej aktywności, to mleczko żółcieje, czerwienieje i zielenieje.
Mam wrażenie że przydałoby się zrobić z tego tabelkę kolorów.

Omówione seskwiterpenoidy oprócz koloru, nadają też grzybom smak, często palący. Są dla grzyba obroną przed nadgryzającymi owadami, zalewanymi lepkim mleczkiem, choć często nie przeszkadza to ich larwom. Ponieważ mają budowę podobną do hormonów roślinnych, mogą być użyte do przyspieszenia kiełkowania lub do ukorzeniania roślin. Niektóre mogą przydać się jako antybiotyki, inne są testowane jako potencjalne środki przeciwnowotworowe

Próby barwne
 Fakt występowania w grzybach różnych substancji barwnych, stał się podstawą dla prób chemicznych, opierających się na traktowaniu kawałków grzybów różnymi odczynnikami. Ma to znaczenie właściwie raczej dla specjalistów, pozwalając odróżniać podobne gatunki, nie ma natomiast zbyt wielkiego dla przeciętnych grzybiarzy.
Najczęściej stosowanym odczynnikiem jest roztwór wodorotlenku potasu. Ma on za zadanie wywołać zmianę barwy polifenoli o właściwościach wskaźników kwasowości i jest używany głównie do podgrzybków, w mniejszym stopniu do pieczarek. W podobnym celu stosuje się wodny roztwór amoniaku. często stosowany jest też roztwór siarczanu żelaza II tworzący z polifenolami mocno zabarwione kompleksy.
Testy te pozwalają na odróżnienie zbliżonych do siebie gatunków, ale nie mają znaczenia dla zwykłego grzybiarza. Mleczaj chrząstka czy mleczaj piekący to tak czy siak niejadalny grzyb, nawet jeden inaczej reaguje z odczynnikiem.

Pewną wartość w wątpliwych przypadkach może mieć natomiast test Meixnera wykrywający toksyny muchomora, na przykład sromotnikowego. Wykonuje się go stosunkowo prosto, jeśli oczywiście ma się pod ręką odczynnik. Kawałek grzyba kładzie się na papierze gazetowym, tak aby papier nasączył się sokiem z miąższu. Potem na ten kawałek daje się kroplę mocnego kwasu solnego i lekko ogrzewa, na przykład suszarką do włosów. W razie obecności trucizny po kilku minutach papier zabarwia się na zielonkawo-niebiesko.

Zasada działania jest ciekawa - papier na którym drukuje się gazety (ten nielakierowany) jest robiony z pulpy z której nie oddzielono ligniny. Taki papier lepiej przyjmuje tusz, ale też szybciej żółknie i kruszy się. Lignina składa się z mieszaniny cząsteczek aromatycznych i fenolowych. Pod wpływem mocnego kwasu solnego, reaguje z toksyną tworząc konglomeraty o kolorze niebieskawym. Testu nie można robić na słońcu. Wykrywa podobne do siebie amatoksyny, związki łączące pierścień peptydu z aminą z grupą indolową:

Występują w grzybach z rodzajów muchomor, czy hełmówka, oraz niektórych czubajeczkach, wywołując po spożyciu ciężkie uszkodzenie wątroby. Grupa indolowa ulega podczas testu podstawieniu przez polifenole ligniny, tworząc związki o silniejszym kolorze.[4]
Test mógłby przydać się chociażby smakoszom, chcącym spróbować jadalnych gatunków muchomora, na przykład bardzo cenionego muchomora cesarskiego czy smacznego muchomora żółtego.

Test ten może dawać fałszywe wyniki w przypadku kilku grzybów niejadalnych, a także w przypadku grzybów zawierających psylocybinę, z ugrupowaniem indolowym w cząsteczce. Powoduje to, że miłośnicy podobnych używek próbują stosować ten test do rozpoznawania grzybów halucynogennych. Ponieważ jednak większość grzybów dających tą reakcję, to grzyby trujące, zwłaszcza hełmówki wyglądające identycznie jak niektóre łysiczki, w Ameryce notuje się rocznie po kilka zgonów z powodu pomyłki tą drogą.
W ogóle niebieszczenie grzybów jest przez wielu uważane za oznakę halucynogenności. Może to wynikać stąd że jeden z najpopularniejszych takich grzybów ma niebieski kolor. Mit ten jest tak powszechny i silny w wielu krajach, że szukając czegoś na temat "bluing mushrooms" nie mogłem znaleźć nic innego jak tylko setki stron o grzybkach rekreacyjnych. Nawet gdy dopisywałem nazwę konkretnego, jadalnego grzyba to i tak wyskakiwały mi fora używkowe, na których nastolatki rozprawiały o tym, czy jeśli podgrzybek sinieje to czy wywołuje halucynacje "jak wszystkie niebieskie grzyby".

Farbowanie grzybem?
W poszukiwaniu informacji natknąłem się na ciekawy wątek. Jednym z rodzajów hobbystycznego rękodzieła jest samodzielne farbowanie tkanin. Znani są zapaleńcy stosowania urzetu, są zapaleńcy testowania na bawełnie wywaru z kory olchy, liści brzozy czy marzanki, natomiast mało znani są eksperymentatorzy próbujący farbować tkaniny grzybami i porostami.[5] A wygląda na to że potrafią osiągać na prawdę ciekawe efekty kolorystyczne:

Test na trującego grzyba?
Niestety w naszym kraju jest tak, że więcej osób grzyby zbiera niż się na nich zna. I gdy potem w domu pojawią się wątpliwości, ludzie próbują rozpoznać grzyba na podstawie zasłyszanych mitów, co czasem kończy się tragicznie. Mity tego rodzaju mają jedną wspólną cechę - opierają się na przekonaniu że wszystkie grzyby trujące mają jakąś wspólną cechę, którą można poznać wizualnie lub w inny sposób przed zjedzeniem. Tak powstają zasady w rodzaju "wszystkie trujące grzyby mają X". Tylko że grzyb od grzyba się różni.
Do najpopularniejszych należy przekonanie, że grzyba trującego nie zjadają ślimaki. Akurat to nie jest prawda, niektóre trujące grzyby zjadają nawet chętniej niż jadalne. Ślimak ma inny metabolizm i na niego pewne trucizny mogą nie działać.
Inny mit to przekonanie, że od wszystkich trujących grzybów czernieje srebro. Bierze się zapewne z podobnego mitu na temat trucizn roślinnych, mogącego mieć pewne uzasadnienie w przypadku trucizn zawierających w składzie siarkę. Grzyby niestety są w siarkę raczej ubogie a ich substancje toksyczne ze srebrem nie reagują.
Nie lepiej jest z próbowaniem na smak - na pewno można tak rozpoznać goryczaka żółciowego, który zresztą nie jest trujący tylko okropnie smakuje, ale wiele grzybów trujących nie ma niemiłego, czy palącego smaku. Sromotnik jest podobno nawet słodkawy i ma przyjemny aromat. Czubajeczka czerwonobrązowawa ma owocowy aromat i niewyczuwalny smak.

Zasadniczo najlepiej jest zbierać grzyby które się zna i nie eksperymentować.

-------
* http://www.grzyby.pl/slownik-odczynniki.htm
* http://www.mushroomexpert.com/macrochemicals.html
* Jan VELÍŠEK, Karel CEJPEK, Pigments of Higher Fungi: A Review, Czech J. Food Sci.
Vol. 29, 2011, No. 2: 87–102
* http://mycopigments.com/

[1]  Bluing Components and Other Pigments Boletes, Stephen F. Nelson

[2]  Helmut Besl, Andreas Bresinsky, Wolfgang Steglich, Klaus Zipfel, Pilzpigmente, XVII. Über Gyrocyanin, das blauende Prinzip des Kornblumenröhrlings (Gyroporus cyanescens), und eine oxidative Ringverengung des Atromentins, Chemische Berichte Volume 106, Issue 10, pages 3223–3229, Oktober 1973
[3]  http://de.wikipedia.org/wiki/Fichten-Reizker
[4] http://www.mykoweb.com/TFWNA/P-17.html
[5] http://mushroom-collecting.com/mushroomdyeing.html

Nietypowe minerały

Kilka przykładów minerałów, które zdecydowanie wyróżniają się spośród reszty.


Arkanit
Minerał zawiera w sumie dosyć pospolite pierwiastki, jest to bowiem po prostu krystaliczny siarczan potasu, jest jednak minerałem rzadkim - znajduje się go na terenach hydrotermalnych, na przykład w Lacjum we Włoszech, w pobliżu złóż guano ale też w jaskiniach. Po raz pierwszy opisany jako kryształy na drewnianych podkładach toru wagoników w nieczynnej kopalni, został znaleziony w zaledwie kilku jaskiniach na świecie.
Jego nazwa bierze się z łacińskiego Arcanum co oznacza tajemnicę i nawiązuje zapewne do nie zbyt chętnego pojawiania się na powierzchni. Nazwa ta spodobała się fantastom, i pojawia się w kilku grach komputerowych, jako magiczny, cenny materiał.
Graczy jednak zapewne nie ucieszy wiadomość, że w jaskiniach arkanit powstaje z odparowywania nietoperzego moczu.

Urycyt
Innym minerałem którego powstanie wiąże się z moczem zwierzęcym, jest urycyt, czyli po prostu krystaliczny mocznik. Występuje w jaskiniach suchego klimatu

Karpatyt
Minerał organiczny stanowiący naturalną formę koronenu - węglowodoru aromatycznego w formie pierścienia złożonego z pierścieni benzenowych.

Po raz pierwszy opisany na Ukrainie, znany też ze Słowacji, został nazwany od gór Karpat. Ma postać żółtych igieł i dość wyraźnie świeci w ultrafiolecie na jasno niebiesko.

Sam węglowodór budzi zainteresowanie chemików ze względu na skłonność do samoorganizacji w kolumny ustawionych na płask cząsteczek, jak stos talerzy, co może znaleźć zastosowanie w chemii supramolekularnej.


Minerały płonących hałd
Zapłon skały płonnej wewnątrz pokopalnianej hałdy wywołuje powstanie specyficznych warunków, przypominających tereny wulkaniczne, zaś w miejscach gdzie z wnętrza hałdy wydobywają się gorące gazy, może dochodzić do krystalizacji nietypowych minerałów.
Hałdy zawierające siarczki mogą w ten sposób wytworzyć siarkę rodzimą, te powęglowe także  minerały amoniaku, jak siarczan glinowo-amonowy czyli Czermigit, stanowiący naturalną formę ałunu amonowego. Bardzo nietypowym minerałem jest Kladnoit, znaleziony po raz pierwszy w czeskim Kladnie, stanowiący skrystalizowany ftalimid, ważny odczynik w chemii organicznej. Ma postać przezroczystych płatków:

Towarzyszy mu niekiedy Hoelit, czyli 9,10 antrachinon, związek stanowiący prekursor barwników alizarynowych:

Ponieważ łatwo zamienia się w formę fenolową może stanowić dobry reduktor. Jest też używany w przemysłowej produkcji wody utlenionej. Jako minerał przybiera postać żółtych igieł:

Podobny minerał tworzy acetamid, czyli amid kwasu octowego.


Abelsonit
Jedyny minerał porfiryny.

Porfiryny to ważna grupa związków zawierający obszerny pierścień z czterech cząsteczek pirolu, skierowanych atomami azotu do środka. Pierścień chętnie tworzy kompleksy z atomami metalu, co ma znaczenie dla właściwości związku - porfiryna kompleksująca żelazo to hem, stanowiący aktywnie przenoszącą tlen częścią hemoglobiny we krwi. Chloryna kompleksująca magnez to chlorofil, zielony barwnik roślin. A Abelsonit to krystaliczny kompleks z niklem:

Porfiryny są na tyle trwałe, że często pozostają nierozłożone w pozostałościach po rozpadzie materii roślinnej. Wykrywa się je w torfie, węglu a zwłaszcza w ropie i asfalcie. Częściowo shydrolizowany chlorofil może rozpuszczać się w wodzie i w zetknięciu z solami niklu tworzyć ten specyficzny minerał. Ma postać czerwonych lub pomarańczowych igieł.

Mellit
Mellit nazywany jest też miodowym kamieniem. Ma postać charakterystycznych kryształków powstających w pobliżu złóż węgla brunatnego. Nietypowy jest jego skład - to sól glinowa kwasu melitowego, będącego pochodną benzenu z kwasową grupą karboksylową przy każdym węglu:

Diomignit
Jedyny dotychczas uznany płynny minerał. Ma postać mikroskopijnych płynnych inkluzji wewnątrz kryształów spodumenu i berylu, chemicznie rzecz biorąc to tetraboran litu.

Synteza I. - hydroliza i bromowanie

Mocno zaniedbałem opis pracowni, a jestem już faktycznie na półmetku

W poprzednim odcinku opisywałem jak otrzymałem 1,2,4-triazynę z niecyklicznych substratów, była to jednak triazyna podstawiona na miejscu 3 grupą tiometylową -S-Me. Następne dwa etapy, krótsze od tamtego, polegały zatem na zhydrolizowaniu tej grupy do hydroksylowej -OH i jej wymianie na bromkową.

Przyłączona do pierścienia grupa tiometylowa formalnie rzecz biorąc jest drugą połówką tioestru i jako taka ulega hydrolizie w warunkach silnie zasadowych:

Wziąłem więc oczyszczoną triazynę z poprzedniego etapu, a było jej 1,5 g, zalałem 9% roztworem wodorotlenku potasu i mieszałem, ogrzewając pod chłodnicą:

Wylot chłodnicy połączyłem przez rurkę bezpośrednio z kanałem wyciągu, aby ograniczyć rozchodzenie się po pracowni wybitnie śmierdzącego merkaptanu metylu. Niskotopliwa triazyna utworzyła na powierzchni roztworu brązowawy olej, który w miarę postępu reakcji zanikał. Mniej więcej po godzinie olejek zanikł całkowicie, zaś zawartość kolby zmętniała. Odstawiłem ją w chłodne miejsce aby słabo rozpuszczalny produkt się zestalił. Po tym czasie przesączyłem osad na lejku pod próżnią, przemywając niewielką ilością wody i otrzymując 1,2 g jasnokremowej 3-hydroksy-5-fenylo-1,2,4-triazyny. Dla kontroli wykonałem płytkę TLC w układzie chlorek metylenu / metanol 100:1, porównując z próbką tiometylotriazyny:

Jak widać po hydrolizie praktycznie nie pozostało ani trochę substratu, ciemniejsza plamka na początku to zapewne ślady merkaptanu, co jednak nie przeszkadzało w kolejnym etapie

Bromowanie
Trzeci etap polegał na wymianie grupy hydroksylowej na bromkową. Użyłem tutaj jako środka bromującego bromku fosforylu POBr3, mającego postać pomarańczowych, łatwotopliwych kryształków:

Natomiast otrzymana poprzednio i wysuszana hydroksytriazyna, była miałkim, białym proszkiem:

Bromek miał bardzo ostry zapach, jego opary były zresztą trujące. W kontakcie z wilgocią hydrolizował dając białe opary, dlatego odważałem go szybko, zaś chłodnicę podłączoną do kolby dokładnie osuszyłem i zabezpieczyłem rurką ze środkiem suszącym
W tym przypadku nie potrzebny był rozpuszczalnik - po ogrzaniu bromek roztopił się w ciecz, w której rozpuścił się drugi substrat. Całość mieszała się przez godzinę w 120 stopniach:

Po tym czasie przerwałem ogrzewanie a gdy zawartość się ochłodziła, dodałem do środka drobno pokruszonego lodu. Lód topniał w wodę która hydrolizowała bromek. Zawartość kolby ogrzewała się podczas hydrolizy, stąd użycie lodu. Zarazem jednak trzeba było szybko rozetrzeć zawartość na drobno - powstający z hydrolizy bromowodór, uwięziony w porach ziaren, zakwaszał je powodując odwrócenie reakcji, toteż mieszaninę poreakcyjną roztarłem w moździerzu:

i odsączyłem, przemywając osad wodą. Po wysuszeniu zaskakująco przypominał kawę rozpuszczalną. Nie  był to jednak jeszcze produkt, lecz dopiero mieszanina do rozdziału. Oczywiście na kolumnie.

Rozdział w czystym chlorku metylenu przebiegał jednak bardzo łatwo, i nie miałem żadnych atrakcji przy wyparce, zakończyłem więc syntezę z 0,66 g produktu, z wydajnością 44 %

3-bromo-5-fenylo-1,2,4-triazyna okazała się mieć właściwości drażniące - gdy podrapałem się po nosie zanieczyszczonym nią palcem, jeszcze długo piekło mnie w tym miejscu.

Synteza I. - etap pierwszy, męczący

Dawno dawno temu... jeszcze przed wakacjami, obiecywałem że zacznę pisać o syntezach wykonywanych w ramach pracowni magisterskiej. Niestety jak widać zrobił mi się w tej kwestii znaczny poślizg, co zresztą dotyczy wszystkich dłuższych postów. Ledwie coś zacznę, tracę zapał do dokańczania i odkładam rzecz na później. To "zatwardzenie pióra" sprawia że wolę już niczego nie obiecywać.

Skoro już w jednym z wcześniejszych wpisów obszernie objaśniłem o co chodzi z tymi syntezami asymetrycznymi, mogę przejść do opisu pierwszej wykonywanej syntezy, jeszcze z poprzedniego roku studiów. Wówczas to, w drugim semestrze czwartego roku, mając czas przeznaczony na laboratorium w wymiarze jednego dnia tygodniowo, raczej wprawiałem się i wdrażałem do pracy laboratoryjnej, toteż to co robiłem było raczej powtórzeniem już przeprowadzanej syntezy, a nie rozpoczynaniem czegoś nowego. Miało to tą dobrą stronę, że w razie wątpliwości mogłem zajrzeć do notatek osoby robiącej to samo w zeszłym roku.

Moim związkiem końcowym miała być 3-bromo-5-fenylo-1,2,4-triazyna, a uzyskać ją miałem z wyjściowych związków niecyklicznych. Całość reakcji powinna wyglądać tak:

Pierwszy etap który omówię w tym wpisie, dotyczył cyklizacji i wyodrębnienia produktu.
Substratami wyjściowymi był fenyloglioksal i karbamohydrazonotioester metylowy (chyba, po angielsku Methyl carbamohydrazonothioate) w formie jodowodorku. Ten drugi jest tu dostarczycielem dwóch azotów połączonych wiązaniem; grupa tioestrowa jest tu sposobem zabezpieczenia grupy hydroksylowej, która w przeciwnym wypadku też mogłaby wchodzić w reakcję. W obecności słabej zasady, jaką jest wodorowęglan sodu następuje kondensacja grup aminowych do węgli karboksylowych, tworząc sześcioczłonowy pierścień:

Możliwy produkt uboczny, z podstawnikami w ustawieniu 3,6 (a więc para-trizyna), nazywany dalej izomerem 6, powstaje gdy cząsteczki połączą się obrócone, jest go jednak mało, o czym później.
Zgodnie z przepisem odważyłem fenylogliokasal, mający w tym przypadku postać żółtawego proszku o bardzo niemiłym zapachu - dosyć ostrym, jakby czosnkowym ale z kwaśną nutą. Podobnie pachniał kiedyś słoik zepsutych kiszonych ogórków. 

Drugi związek miał formę białego proszku, przechowywano go w lodówce z uwagi na niestabilność. Glioksal i węglan sodu rozpuściłem w kolbie i dodałem drugi substrat. Całość umieściłem na mieszadle magnetycznym (wcześniej wrzuciłem magnetyczny drops), obłożyłem z zewnątrz lodem  i tak to się miało kręcić całą dobę.

Kolejnego dna po ostatnim wykładzie przyszedłem zobaczyć co wyszło. A wyszło mianowicie to, że zastałem w kolbce żółtawą mieszaninę poreakcyjną. Należało ją teraz rozdzielić. Najpierw ekstrahowałem ją chlorkiem metylenu aby oddzielić węglan sodu i częściowo zhydrolizowany hydrazyd, otrzymując brązowy roztwór:

Potem oczywiście nałożyłem na kolumnę i rozdzieliłem chromatograficznie. Wcześniejsze próby na płytce pokazały że w ekstrakcie miałem głównie pożądany produkt i ślady izomeru 6, możliwe do rozdzielenia. Kwestię rozdziału na kolumnie preparatywnej, jej wykonywanie i problemy z tym związane, już tu omawiałem, więc nie będę się u szczegółowo powtarzał. Początkowo użyłem mieszanki CH2Cl2:metanol 100:1 która na płytce dawała dobre rezultaty. Niestety na kolumnie nie specjalnie.
Związek główny strasznie ogonował - za czołem zawierającym główną porcję ciągnął się "ogon" zawierający produkt, co oznaczało że do całkowitego wymycia potrzebne jest przelanie przez kolumnę dużej ilości eluentu. Zdaje się że zużyłem w ten sposób ponad pół butelki chlorku metylenu zbierając 12 frakcji aż prowadząca uznała, że lepiej użyć mieszanki z większa ilością metanolu i dopiero wówczas związek wymył się całkiem.
Kolejnego dnia miałem zająć się przede wszystkim odparowaniem czystych frakcji na wyparce. Jest to przyrząd w którym roztwór umieszczony zostaje w kulistej kolbie zanurzonej w misie z ciepłą wodą i podłączony do chłodnicy pod obniżonym ciśnieniem. Kombinacja niskiego ciśnienia, podgrzewania i rozprowadzania cieczy na ściankach powoduje szybkie odparowanie rozpuszczalnika.

Tak więc nalewałem do kolby kolejne frakcje, i odparowywałem. Pierwsza, drugą, trzecią, czwartą, piątą... a gdy byłem przy dziesiątej zdarzyła się katastrofa. 
Kolbka podłączona do wyparki trzyma się obracającego szlifu trochę za sprawą tarcia a trochę za sprawą przyssania. Dla pewności można założyć plastikowy klips. Gdy odparowałem już wszystkie wcześniejsze frakcje, odszedłem na chwilę a przez ten czas z tej samej pompy ssącej skorzystał ktoś inny aby coś sobie przesączyć. I wyłączył pompę. Gdy powróciłem nie zwróciłem na to uwagi - wlałem do kolbki jedenastą frakcję, nasunąłem ją na szlif, zanurzyłem w misie i włączyłem obrót. Kolbka obróciła się kilka razy i wpadła do misy...
Oczywiście nie do końca odparowany roztwór wylał się do środka i będąc cięższym od wody osiadł na dnie. Łatwo sobie wyobrazić moją reakcję. No ale cóż, nie było na co się dalej złościć, trzeba było ratować co się da. Wybrałem wodę z misy po czym odciągnąłem roztwór z dna pipetką. Zanieczyszczony różnymi osadami z dna i wodą roztwór wlałem do kolby i zasypałem środkiem suszącym. I tak skończył się dzień kolejny.
Na następnej pracowni odparowałem ocaloną frakcję produktu, po czym nałożyłem wysuszoną i przesączoną mieszaninę powypadkową, po czym... nałożyłem na kolumnę i rozdzielałem.

Tym razem poszło mi to szybciej za sprawą lepiej dobranego układu, ale też zeszło na to trochę czasu. Na koniec porównałem obie części ze wzorcem produktu i odparowałem wspólnie, w jednej kolbie, otrzymując 1,5 grama związku. Po odparowaniu początkowo utworzył olejek, który ładnie wykrystalizował:

Porządnie mnie wymęczył ten etap.

Nietypowe organiczne

Znamy już kilka milionów związków organicznych a wciąż syntezowane są nowe (na pracowni otrzymałem jeden), toteż przebierając w tym ogromie, można wybrać sobie kilka strukturalnych osobliwości.

Domek
Związek jak z dziecięcego obrazka - housan o kształcie domku:

 Cząsteczka ze względu na naprężenia występuje w konformacji koperty - z trójkątnym daszkiem odchylonym od płaszczyzny kwadratowej podstawy, ze względu na reaktywność atomów wodoru na zgięciu i skłonność do zamiany w penten, ma ciekawe zastosowania w syntezie organicznej. Spotykam się jednak z innym związkiem, też nazywanym housanem (zresztą nazwy zwyczajowe często są nieoficjalne) wyglądający jak dwa pięciokąty połączone palikami:

Nazwa jednak chyba się szerzej nie przyjęła, więc oficjalnie jest to [5]-pryzman. Jego modyfikacja z dodatkowym węglem, tworzącym "iglicę" nazywana bywa churchanem przez skojarzenie z kościołem:

Szczególnym przypadkiem domkowatego związku jest Pagodan, który skojarzył się twórcom z kształtem chińskiej pagody (albo dwóch jedna na drugiej)

Kuban i inne figury geometryczne
Wśród węglowodorów o ciekawym kształcie, szczególną grupę stanowią te których szkielet stanowi krawędzie wielościanów foremnych, nazywane alkanami platońskimi. Najmniejszą taką molekułą jest Tetraedran, mający kształt czworościanu foremnego

W normalnym przypadku wiązania między atomami węgla tworzą szerszy kąt, bo 109 stopni, tutaj są z powodu geometrii bardzo ściśnięte, przez co naprężona cząsteczka w normalnych warunkach nie powstaje. Jak dotychczas otrzymano tylko pochodne z podstawnikami tert-butylowymi na każdym węglu. Takie pochodne są przestrzennie bardzo zatłoczone i stabilizowane przyciąganiem między grupami. Inne pochodne zawierają podstawniki silanowe, ale wersji niezatłoczonej, czyli czystego wielościanu jeszcze nie otrzymano. Teoretycznie powinien był związkiem stosunkowo trwałym przy nieobecności utleniaczy.
Znany jest też krzemowy analog. Podobną strukturę ma biały fosfor i żółty arsen.

Większą bryłą foremną jest sześcian, a jej węglowodorowy odpowiednik to Kuban - węglowodór o kształcie kostki do gry, z kątami prostymi między wiązaniami.:

Ta bryła też ma bardzo napięte wiązania, stąd przez długi czas sądzono, że jego synteza będzie niemożliwa. Dokonał tego w 1964 roku Philip Eaton w bardzo sprytny sposób, szyjąc kostkowaty szkielet niczym dziewiarka wymyślną rękawiczkę. A dokonał tego w 11 krokach, które warto chyba pokrótce opisać:

 

W pierwszym etapie otrzymał bromopochodną cyklopentadienonu. Jest to związek ulegający spontanicznie i dosyć łatwo reakcji addycji Dielsa-Adlera w której cząsteczka posiadająca dwa wiązania podwójne, tworzy sześciokątny pierścień z cząsteczką z jednym takim wiązaniem; jest to addycja typu 4+2 bo wiązania są tworzone przez przesunięcie czterech elektronów jednej i dwóch drugiej czasteczki.
 Utworzona w ten sposób cząsteczka zawiera dwa wiązania podwójne. Po naświetleniu światłem odpowiedniej długości następuje kolejna addycja, tym razem 2+2 gdy wiązania podwójne łączą się w czworokącik a cała cząsteczka zagina się w związek nr. 4. Ten etap jest przestrzennie trudniejszy do wyobrażenia, ale to dzięki niemu powstaje kilka pierwszych kątów prostych.  Jedna grupa ketonowa zostaje zabezpieczona przez zamienienie w acetal.
Pozostały nam już tylko dwa wiązania do zamknięcia klatki, każde trzeba zawiązać osobno i jeszcze odszczepić niepotrzebne podstawniki. Jedno zostaje otrzymane za pomocą przegrupowania Faworskiego, gdzie w roztworze wodorotlenku atom bromu zostaje usunięty z pobliża grupy ketonowej, a ta zamieniona w karboksylową, otrzymując związek nr. 5. Ponieważ grupa karboksylowa, właściwa kwasom organicznym, sterczy teraz niepotrzebnie z jednego z naroży, należy ją usunąć - najpierw tworzymy ester tertbutylowy, potem utleniamy do nadestru z grupą nadtlenkową, a na koniec usuwamy całe ugrupowanie przez ogrzanie, w wyniku którego dekarboksyluje do dwutlenku węgla.
Zostaje jeszcze jedno wiązanie do utworzenia, tam gdzie znajduje się druga grupa ketonowa, przez dotychczasowe etapy zabezpieczona przez zamianę w acetal. Usuwamy go przez hydrolizę i powtarzamy poprzednie etapy - przegrupowanie Faworskiego, zamiana w ester, utlenienie do nadestru i dekarboksylacja.
Na koniec zostaje nam czysty, nie podstawiony kuban.
Jest to związek stosunkowo trwały z powodu braku łatwych sposobów rozkładu, dlatego otrzymano liczne pochodne. Interesującą jest ośmionitrokuban, stanowiący materiał wybuchowy o największej znanej prędkości detonacji. Ponieważ jednak otrzymuje się go trudno i jest wagowo cenniejszy od złota, na razie nie znalazł zastosowania. Inną ciekawą pochodną jest Basketan - kuban z dodatkową poprzeczką, dającą kształt koszyka:

Ponieważ węgiel nie tworzy pięciu wiązań, następnym węglowodorem o kształcie wielościanu foremnego jest dopiero dodekaedran, a więc cząsteczka będąca szkieletem dwunastościanu z każdą ścianą pięciokątną:

Po raz pierwszy został zsyntezowany w 1982 roku w skomplikowanej syntezie obejmującej 29 kroków, których jednak nie będę tu opisywał, żeby nie zanudzać. Potem odkryto łatwiejszą drogę poprzez izomeryzację pagodanu, który już opisywałem. Jest to związek dosyć trwały, mało napięty, zbliżona do kulistej budowa powoduje, że niekiedy klasyfikuje się go do grupy fulleranów, czyli uwodornionych fullerenów.
Istnieją też liczne węglowodory tworzące inne bryły, na przykład pryzman, o kształcie trójkątnego pryzmatu:

Stanowi strukturalny izomer benzenu, mając wzór C6H6, cząsteczka jest tak silnie naprężona, że rozkłada się wybuchowo z wydzieleniem wodoru. Możliwe są dalsze pryzmany o innych wielokątnych podstawach - [4] pryzman to kuban, zdaje się że istnieje [8]-pryzman ale obliczenia wskazują na szansę istnienia większych, przypominających kształtem odcinki rurki.
Inne podobne do brył związki to oktaedran C12H12 będący szkieletem ośmiościanu z bokami cztero i pięciokątnymi, nonaedran C14H14, dekaedran C16H16 i większe[1]

Cząsteczka Iron maiden
Nazwa cząsteczki nie pochodzi od znanego zespołu muzycznego, aczkolwiek inspiracji nie sposób wykluczyć. Jest to pewien typ cyklofanów, a więc związków zawierających płaski pierścień aromatyczny i poprzeczkę łączącą jego atomy na ukos. W tym konkretnym przypadku trzy poprzeczki tworzą nad pierścieniem "klosz" zakończony zwornikowym węglem, z którego zwisa atom wodoru wycelowany w pierścień niczym kolec:

Stąd też zapewne skojarzenie ze średniowiecznym narzędziem tortur - skrzynią z kolcami na zamykanym wieku, raniącymi zamkniętego w jej osobnika (ale nie zabijającymi, bo wtedy nie było by tortury). Związek tego typu charakteryzuje się ciekawym sygnałem podczas badania przesunięć sygnału protonów za pomocą H-NMR - w technice tej bada się reakcję spinów jąder atomów wodoru umieszczonych w silnym polu magnetycznym, na fale radiowe. Czysty wodór dawałby sygnał przy stałej częstotliwości, wodór w cząsteczkach organicznych reaguje na różne częstotliwości zależnie od tego do czego jest doczepiony. Sygnały reakcji przedstawia się zwykle w skali przesunięć względem jakiegoś wzorca, dla którego przyjmuje się wartość 0, zwykle jest to tetrametylosilan, który daje sygnał poniżej sygnałów większości grup związków organicznych, sygnały pozostałych sięgają więc od 0 do 12 ppm.Wyjątkiem jest wodór tworzący "kolec" Żelaznej Dziewicy - jego przesunięcie sięga daleko za skalę do -4 ppm.


Bullwalen czyli chaos w stanie czystym
Bardzo prosta cząsteczka o wzorze C10H10, z trzema wiązaniami podwójnymi.

Elektrony w związkach organicznych chętnie wędrują, zmieniając kształt czasteczki i liczbę wiązań. W tej cząsteczce mają one wyjątkową swobodę - oprócz możliwości przeskakiwania na miejsce obok, mogą tworzyć nowe wiązania za sprawą przegrupowanie Cope'a. A w każdej z nowych struktur, elektrony mogą przeskakiwać w miejsce obok. Przez to liczba wszystkich możliwych struktur mezomerycznych wynosi dla tej małej cząsteczki aż 1,2 mln! W temperaturze pokojowej i wyższych wszystkie przeskoki następują nieustannie, zatem roztwór bullwalenu stanowi swoisty molekularny chaos - każda cząsteczka w innym stanie.

Nazwa pochodzi od pseudonimu chemika który przewidywał istnienie takiego związku Williama Doeringa, nazywanego Bykiem (Bull)

W zasadzie omówiłem tu praktycznie same węglowodory, związki z dodatkowymi innymi atomami omówię kiedy indziej.
-----
[1] Syntezy poliedrów
Strona miłośnika budowania struktur fullerenów z koralików i słomek: http://thebeadedmolecules.blogspot.com/