Beeta-D-(-)-arabinoosion tärkeä kiraalinen sokerimolekyyli, jolla on laaja käyttöarvo. Sillä on tärkeitä sovelluksia farmaseuttisessa synteesissä, elintarvikelisäaineissa, kuivausaineissa, kosmetiikassa ja muilla aloilla. Siksi on olemassa erilaisia menetelmiä beeta-D-(-)-arabinoosin syntetisoimiseksi. Tässä artikkelissa esitellään pääasiassa joitain tärkeimmistä synteettisistä menetelmistä.
Beta-D-(-)-arabinoosin uuttaminen luonnontuotteista:
Menetelmä beeta-D-(-)-arabinoosin uuttamiseksi luonnontuotteista on suorin ja sillä voidaan saada erittäin puhtaita tuotteita. Yleisin beeta-D-(-)-arabinoosin luonnollinen lähde on ksylaani, joka on D-ksyloosista ja D-glukoosista koostuva disakkaridi. Beeta-D-(-)-arabinoosi on yksi ksylaanin rakenneyksiköistä. Ksylaania löytyy kasvien soluseinistä, kuten ligniinistä, kylmillä alueilla kasvavista mäntyistä jne.
Beta-D-(-)-arabinoosin uuttomenetelmä on sama kuin ksylaanin uuttomenetelmä. Yleensä happomenetelmä on yleisimmin käytetty ksylaaniuuttomenetelmä. Ksylaaninäyte lisätään ensin happamaan liuokseen, kuumennetaan, kunnes sokerimonomeerit irtoavat aggregaateista, sitten suodatetaan ja pestään. Ksylaanikäsittelyn jälkeen happaman liuoksen sisältämä beeta-D-(-)-arabinoosi voidaan erottaa ja puhdistaa neutraloimalla ja kiteyttämällä.
Kemiallinen synteesi:
Tällä hetkellä on olemassa monia tehokkaita kemiallisia menetelmiä beeta-D-(-)-arabinoosin synteesiin. Tässä on muutamia tapoja:
1. Glykogeenireitti:
Tämä on yksi yleisimmistä synteettisistä menetelmistä
Vaihe 1: Hanki ksyloosi Xylanista:
Beta-D-(-)-arabinoosin glykogeenireitin synteesi alkaa ksyloosista. Ksyloosi on kuusihiilisokeri, jota esiintyy kaikkialla kasvien soluseinissä, ja sitä voidaan saada hydrolysoimalla ksylaania (tavallisesti uutettu kasveista).
Ksylaani plus H2O → Ksyloosi sekä muut sokerit
Ksylaani on polysakkaridi, joka koostuu useista ksyloosimolekyyleistä ja on yleensä väritön tai ruskea jauhemainen aine. Hydrolyysireaktio on katalysoitava hapolla tai entsyymillä, ja yleensä käytetään happokatalyyttiä hydrolyysireaktioon. Hydrolyysin jälkeen ksyloosia voidaan käyttää beta-D-(-)-arabinoosin syntetisoimiseen.
Vaihe 2: Muunna ksyloosi L-arabinoosiksi:
Ksyloosin muuntaminen L-arabinoosiksi on keskeinen vaihe beeta-D-(-)-arabinoosin synteesissä glykogeenireitin kautta. Tämä prosessi vaatii entsyymien käytön katalysoimaan sarja reaktioita, jotka muuttavat ksyloosin arabinoosiksi.
Ensin ksyloosi muunnetaan D-ksyloosiketoosiksi katalyyttisen reaktion kautta.
Ksyloosi plus ATP → D-ksyloosiketoosi plus ADP
Toiseksi D-ksyloosiketoosi muunnetaan L-ksyloosiketoosiksi isomerointireaktion kautta.
D-ksyloosiketuloosi → L-ksyloosiketuloosi
Sitten L-ksyloosiglusidaasin katalysoima reaktio altistettiin Cooper-syklisaatiolle L-arabino-deoksi-heks-2-ulonaatin saamiseksi.
L-ksyloosiketoosi → L-arabinuronihappo
Käytä lopuksi arabinuronihapon vaikutuksesta NADPH:ta ja glukosidaasia pelkistämään arabinuronihappo L-arabinoosiksi.
L-arabinuronihappo plus NADPH plus H plus → L-arabinoosi plus NADP plus
Kolmas vaihe: Muunna L-arabinoosi beeta-D-(-)-arabinoosiksi:
L-arabinoosin muuntaminen beeta-D-(-)-arabinoosiksi vaatii joukon entsyymejä reaktion katalysoimiseksi.
Ensin L-arabinoosi fosforyloidaan muodostaen arabinoosi-6-fosfaattia.
L-arabinoosi plus ATP → arabinoosi-6-fosfaatti plus ADP
Sitten hydrolyysireaktio muuttaa arabinoosi-6-fosfaatin beeta-D-(-)-arabinoosi-5-fosfaatiksi (beeta-D-(-)-arabinoosi-5-fosfaatiksi).
Arabinoosi-6-fosfaatti plus H2O → Beta-D-(-)-arabinoosi-5-fosfaatti
Lopuksi beeta-D-(-)-arabinoosi-5-fosfaatti defosforyloituu, jolloin muodostuu beeta-D-(-)-arabinoosia.
Beeta-D-(-)-arabinoosi-5-fosfaatti → beeta-D-(-)-arabinoosi plus Pi
Beta-D-(-)-arabinoosin glykogeenireitin synteesi alkaa ksyloosista. Ensin ksyloosi saadaan ksylaanista, sitten ksyloosi muunnetaan L-arabinoosiksi ja lopuksi L-arabinoosi muunnetaan beeta-D-(-)-arabinoosiksi. Tämä prosessi vaatii useiden entsyymitatalysoimien reaktioiden käyttöä, joista jokainen on kriittinen. Tällä synteesimenetelmällä voidaan saada erittäin tehokasta, taloudellista ja puhdasta beta-D-(-)-arabinoosia, joka tarjoaa vankan perustan sen soveltamiselle biologian, lääketieteen ja kemiallisen synteesin aloilla.
2. Knightin reaktio:
1940-luvulla kehitetty menetelmä vaatii lähtöaineena polykloorattuja aromaattisia hiilivetyjä. Knight-reaktiossa polyklooratut aromaattiset hiilivedyt saatetaan reagoimaan hapon ja pesuaineen seoksen kanssa, minkä jälkeen lisätään obentsyyli-D-arabinoosia yhdessä seoksen kanssa. Vaihesarjan jälkeen beta-D-(-)-arabinoosi syntetisoidaan.
Tarkat vaiheet ovat seuraavat:
Vaihe 1: Beta-D-(-)-arabinoosin valmistamiseksi meidän on ensin valmistettava beta-D-(-)-arabinoosisokeri ja esilisätyt reagenssit, ja hapetus on yksi yleisimmistä valmistusmenetelmistä. Se koostuu kahdesta vaiheesta: ensinnäkin metyyli-D-glukofuranosidi käy läpi aromatisointireaktion jodisuolan läsnä ollessa, jolloin saadaan 4,6-O-metyylianisolijohdannaisia; sitten aromatisoituu 5-O-kulma-asemassa Strukturoitu reaktio ja pelkistetään sitten beeta-D-(-)-arabinoosin saamiseksi.
Vaihe 2: Valmistele Knight-reaktioon tarvittavat reagenssit ja liuottimet. On tarpeen valmistaa pullo liuosta, joka sisältää 30 ml 50-prosenttista etikkahappoa ja 10 g beeta-D-(-)-arabinoosisokeria, ja jatkaa seuraaviin vaiheisiin tämän perusteella.
Vaihe 3: Lisää rikkihappoa happokatalyyttinä. Ennen happaman katalyytin lisäämistä koeputkeen tulee lisätä 100 ml etanolia ja sen jälkeen 0,1 ml väkevää rikkihappoa.
Vaihe 4: Lisää boorihappoa jäähdyttäen. Kun liuotinjärjestelmä oli jäähdytetty huoneenlämpötilaan, lisättiin 15 0 ml isopropanolia ja sitten lisättiin 0,1 ml boorihappoa ja sekoitettiin varovasti.
Vaihe viisi: Reaktiokuumennus. Kuumenna vakiolämpötilaisessa öljyhauteessa noin 40-50 minuuttia, jotta liuoksessa oleva aldoosi reagoi täydellisesti sokerienoliesterituotteen muodostamiseksi.
Vaihe 6: Katalyyttinen hydraus. Kun reaktio oli mennyt loppuun, koeputki otettiin pois öljyhauteesta ja sen annettiin jäähtyä huoneenlämpötilaan. Lisää sitten 1 millilitra n-heptaania ja 0,05 millilitraa natriumvolframaattiliuosta katalyyttisen hydrausreaktion suorittamiseksi. Usein on odotettava useita päiviä.
Vaihe 7: Pura tuote. Tuote uutettiin liuoksesta immersiomenetelmällä ja tuote tunnistettiin ja karakterisoitiin menetelmillä, kuten ultraviolettispektroskopialla, infrapunaspektroskopialla ja ydinmagneettisella resonanssilla, ja pääteltiin reaktiotuotteen rakenne.
3. Glykosidaatioreaktio:
Tämä menetelmä on myös erittäin suosittu, ja sen raaka-aine on D-ksylosidi. Ensin saatetaan D-ksylosidi ja metanoli reagoimaan katalyytin vaikutuksesta obentsyyli-D-arabinoosin saamiseksi. Seuraavaksi obentsyyli-D-arabinoosi saatetaan reagoimaan hapetetun Na04:n kanssa substraatin läsnä ollessa, minkä jälkeen lisätään kuivia kvaternaarisia ammoniumsuoloja, jolloin saadaan beeta-D-(-)-arabinoosia.
Sanalla sanoen Beta-D-(-)-arabinoosia voidaan syntetisoida useilla edellä mainituilla menetelmillä, jokaisella menetelmällä on etunsa ja haittansa, ja erilaisia menetelmiä voidaan valita erilaisten todellisten tarpeiden mukaan.