Transcript sacharidy_p5

Kyseliny aldónové - acyklické deriváty
monosacharidov všeobecného vzorca obsahujúce
jednu karboxylovú skupinu v koncovej polohe
reťazca. Formálne ich možno odvodiť od ľubovolnej
aldózy oxidáciou jej aldehydovej skupiny. Ich názvy
sa tvoria z názvov pôvodných aldóz zámenou
koncovky -óza na -ónová kyselina.
CH=O
H
HO
COOH
OH
H
H
[O]
HO
OH
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
D-glukóza
CH2OH
kyselina D-glukónová
Kyseliny aldónové
COOH
OH
OH
OH
Tollensovo činidlo
O
HO
OH
OH
[Ag(NH3) 2]+
HO
OH
OH
CH2OH
D-glukóza
kyselina D-glukónová
Br2, H2O
pH 4-6
OH
OH
HO
O
HO
O
O
OH
O
HO
OH
D-glukono-1,5-laktón
OH
D-glukono-1,4-laktón
Prečo laktóny preferovane vytvárajú päťčlenné kruhy
OH
25 °C
COOH
25 °C
OH
O
H2O
91 %
O
COOH
O
O
H2O
9%
27 %
73 %
dôvod
O
O
O
+
O
O
O
O
+
O
Laktóny vďaka svojím rezonančným štruktúram majú až dva sp2 atómy (atóm
uhlíka C-1 a kruhový atóm kyslíka), a teda majú v rovine až štyri svoje kruhové
atómy, čomu lepšie vyhovuje vytvorenie päťčlenného ako šesťčlenného kruhu.
kyseliny urónové (syn. kyselina glykurónové) - deriváty monosacharidov,
ktoré majú v koncových polohách reťazca jednu aldehydovú a jednu
karboxylovú skupinu. Odvodiť ich možno od ľubovoľnej aldózy zámenou
primárnej alkoholovej skupiny za skupinu karboxylovú. Podľa aldózy, z
ktorej je kyselina urónová odvodená, sa vytvorí aj jej názov, napr. z Dglukózy kyselina D-glukurónová. Podobne ako aldózy sú za bežných
podmienok v cyklických poloacetálových štruktúrach. Kyseliny urónové
podobne ako kyseliny aldónové vytvárajú laktóny s ktorými sú v roztokoch
v rovnováhe.
Kyseliny urónové sa hojne vyskytujú ako zložky rastlinných, živočíšnych a
mikrobiálnych polysacharidov. Syntetické metódy ich prípravy sú založené
na oxidácii primárnej alkoholovej skupiny aldóz, redukcii monolaktónov
kyselín aldarových (podobne ako laktónov kyselín aldónových na aldózy) a
pod.
O
OH
OH
OH
O
OH
HO
HO
OH
D-glukóza
O
OH
COOH
HO
OH
OH
OH
OH
OH
COOH
OH
HO H O
O
OH
OH
O
HO
OH
kyselina D-glukurónová
O
H OH
D-glukuróno-6,3-laktón
kyseliny aldarové (zast. kyseliny cukrové) - deriváty monosacharidov, dikarboxylové
kyseliny formálne vytvorené z ľubovoľnej aldózy oxidáciou oboch koncových skupín
(aldehydovej a primárnej alkoholovej) na skupiny karboxylové. Názvy jednotlivých
kyselín tohto typu sa tvoria z názvov pôvodných aldóz zámenou koncovky - óza na
-arová kyselina, napr. z D-glukózy kyselina D-glukarová. Pretože majú na obidvoch
koncoch uhlíkového reťazca rovnaké funkčné skupiny, pre ich názvoslovie platia
rovnaké zásady ako pre alditoly. Rovnako aj celkový počet ich stereoizómérov v
porovnaní s aldózami je menší.
Pripravujú sa oxidáciou aldóz alebo kyselín aldónových kyselinou dusičnou, prípadne
kyselín urónových brómovou vodou.
Podobne ako kyseliny aldónové a urónové vytváraju laktóny, v niektorých prípadoch
aj dilaktóny.
O
COOH
OH
OH
HNO3
HO
H
odparenie
HO
OH
OH
OH
OH
OH
COOH
D-glukóza
HO
kyselina D-glukarová
O
O
O
H
O
OH
D-glukaro-1,4:6,3-dilaktón
kyseliny sacharínové - deriváty monosacharidov s nevetveným alebo
vetveným reťazcom obsahujúce jednu karboxylovú skupinu, ktoré majú
jednu hydroxylovú skupinu nahradenú atómom vodíka. Z tohto dôvodu ich
možno považovať za kyseliny deoxyaldónové. Zname sú tri izomérne
typy; kyselina sacharínová, kyselina izosacharínová a kyselina
metasacharínová.
Vznikajú pri pôsobení alkálií na monosacharidy (a redukujúce
oligosacharidy) reakciou typu benzilového prešmyku z -dikarbonylových
derivátov sacharidov, ktoré môžu vznikať pri Lobry de Bruynovej –
Alberda van Ekensteinovej izomerizácii aldóz alebo ketóz
H
H
H
H
COOH
OH
H
OH
OH
OH
kyselina metasacharínová
(3-deoxyaldónová)
O
-
+
N Na
S
O
O
sacharín
Tvorba sacharínových kyselín
_
_
HO
HC
H
O
HC
OH
(MeO) HO
H
(MeO) HO
H
OH
H
OH
H
OH
OH
O
(MeO) HO
OH
H
H
OH
H
OH
_
_
- HO (MeO )
OH
endiolát
_
HO
H
OH
C
O
HO
C
O
O
H
O
HO
_
H
H
H
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
O
OH
H
OH
HC
HC
OH
_
HO
H
D-glukóza
(3-O-metyl-D-glukóza)
_
O
OH
OH
benzilový prešmyk
H 2O
_
- HO
C
O
H
OH
H
H
H
OH
H
OH
OH
kyselina
metasacharínová
Tvorbe sacharínových kyselín, ktorá prebieha β-elimináciou z endiolátovej formy, napomáha substitúcia
hydroxylovej skupiny v β-polohe ku karbonylovej skupine aldózy alebo ketózy.
kyselina pyrohroznová
COOH
O
OH
H
HO
T
COOH
OH
O
A
AcHN
AcHN
HO
HO
OH
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH
N-Acetyl-D-manózamín
O OH
COOH
HO
CH3
OH
HO
CH3CONH
O
CH2
O
HO
AcNH
COOH
T
OH
OH
CH2OH
HO NHAc
HOH2C
HO OH
OH
H2
C
COOH
O
kyselina neuramínová (sialová ) (Neu5Ac)
Kyselina neuramínová je aldolizačný produkt kyseliny
pyrohroznovej a N-acetyl-D-manózamínu
T = tautomerizácia
A = aldolizácia
= smer orientácie
substituenta pri
cyklizácii
HO
Zanamivir
5-(acetylamino)-4[(aminoiminomethyl)amino]- 2,6anhydro-3,4,5-trideoxy- Dglycero-D-galacto-non-2-enonic
acid
Aktívna zložka protichrípkového
lieku Relenza
OH
H
O
HO
AcNH
COOH
OH
HO
kyselina sialová (neuramínová)
(Neu5Ac)
OH
O
HO
COOH
OH
HO
AcNH
HO
Aktívna zložka protichrípkového
lieku Tamiflu
kyselina sialová (neuramínová)
(Neu5Ac)
Redukcia aldóz na alditoly
O
OH
OH
OH
OH
O
i
HO
HO
i
HO
OH
i
HO
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
D-glukóza
D-glucitol (sorbitol)
D-fruktóza
i = NaBH4/pH 8 alebo NaHg/EtOH alebo H2/Ni/tlak
D-manitol
Metódy predĺžovania uhlíkového reťazca aldóz
• Fischer-Killianiho metóda - metóda
predlžovania uhlíkového reťazca
monosacharidov. Bázicky alebo kyslo
katalyzovaná adícia kyanovodíka na aldózu
poskytuje dvojicu epimérnych nitrilov aldónových
kyselín, hydrodrolýzou ktorých sa ziskajú o uhlík
predĺžené kyseliny aldónové. Tie sa odparením
vodného roztoku prevedú na laktóny, ktoré sa v
slabokyslom roztoku redukujú s amalgánom
sodíka alebo pri nízkej teplote hydridom
boritosodným na odpovedajúce aldózy.
Fischer-Killianiho metóda
CN
HCN
CH=O
CN
+
HOCH
R
R
HCOH
R
+
H3O
COOH
COOH
+
HOCH
R
HO
HO
HCOH
R
OH
HO
NaBH4
O
OH
O
OH
D-glukono-1,4-laktón
HO
tautomerizácia
O
OH
OH
OH
0 °C, pH 3
O
OH
HO
OH
D-glukofuranóza
OH
D-glukopyranóza
Metódy predĺžovania uhlíkového reťazca aldóz
• Sowdenova metóda - metóda predlžovania
uhlíkového reťazca monosacharidov. Bázicky
katalyzovanou adíciou nitrometánu na aldózu
vzniká dvojica epimérnych 1-deoxy-1nitroalditolov, ktoré môžu byť premenené na
aldózy predĺžené o uhlík reakciou alkalickej soli
1-deoxy-1-nitroalditololu so silnou kyselinou
(obvykle kyselina sírová, Nefova reakcia), alebo
peroxidom vodíka v prítomnosti katalytického
množstva molybdénanu, alebo s ozónom.
Sowdenova metóda
Aldolizácia sacharidov
dihydroxyacetón
OH
O
Ba(OH)2
OH
_
HO
H2O
H
O
kvantitatívne
OH
OH
O
O
HO
OH
+
OH
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
D-glyceraldehyd
D-fruktóza
D-sorbóza
hlavné produkty
Aldolizácia trióz nie je vratná
reakcia, pretože vznikajúce ketózy
sa stabilizujú vytváraním cyklických
poloacetálových foriem
(tautomérov).
OH
OH
O
O
OH
+
OH
HO
HO
OH
OH
OH
OH
D-psikóza
D-tagatóza
vedľajšie produkty
+
Metódy skracovania uhlíkového reťazca aldóz
• Wohlova metóda - metóda skracovania uhlíkového
reťazca monosacharidov. Východisková aldóza sa
pôsobením hydroxylamínu premení na oxím aldózy,
ktorý pri esterifikácii acetanhydridom v prítomnosti
octanu sodného podlieha súčasnej acetylácii a
dehydratácii za vzniku nitrilu per-O-acetylovanej kyseliny
aldónovej. Tento pôsobením oxidu strieborného vo
vodnom amoniaku sa deacetyluje a súčasne eliminuje
molekulu kyanovodíka za vzniku o uhlík nižšej aldózy.
Metóda je v podstate opačnou Fischer-Killianiho
metódou predlžovania uhlíkového reťazca
monosacharidov
Wohlova metóda
OH
NH-OH
(CHOH) n
n
OAc
(CHOAc) n
CH 2OAc
B
N
Ag2O
NH 4OH
CH 2OH
(OH)3
(OH)3
N
NaOAc
N-OH
O
OH
CH 2OH
Ac 2O
NH 2OH
O
OH
(CHOH)
OH
OH
O
H
O
(CHOH)
CH 2OH
n
O
O
- AgCN
- AcNH 2
(CHOH)
CH 2OH
OH
n
(CHOH) n-1
CH 2OH
Reciprocita Fischer-Killianiho metódy predĺžovania uhlíkového reťazca aldóz
a Wohlovej metódy skracovania uhlíkového reťazca aldóz
HOCH
R
CN
CN
HCN
CH=O
+
H 3O
HCOH
+
COOH
R
R
HO
COOH
+
HOCH
HCOH
R
R
OH
HO
HO
NaBH 4
O
OH
HO
O
O
OH
(CHOH)
OH
N-OH
O
OH
NH-OH
OH
(CHOH) n
n
OAc
(CHOAc) n
CH 2OAc
B
N
Ag2O
NH 4OH
CH 2OH
(OH)3
(OH)3
N
NaOAc
NH 2OH
O
CH 2OH
Ac 2O
OH
OH
OH
OH
OH
O
HO
OH
O
OH
OH
H
O
(CHOH)
CH 2OH
n
O
O
- AgCN
- AcNH 2
(CHOH)
CH 2OH
OH
n
(CHOH) n-1
CH 2OH
Metódy skracovania uhlíkového reťazca
aldóz
• Ruffova metóda - metóda skracovania uhlíkového reťazca
monosacharidov. Pôsobením peroxidu vodíka v prítomnosti
železitých iónov podliehajú rozpustné (obvykle vápenaté) soli
kyselín aldónových oxidatívnej dekarboxylácii za vzniku o uhlík
nižšej aldózy.
_
O
C
H
O
·
HO
O
C
-H2O
Fe2+ + H2O2
O
O·
H
OH
R
_
R
Fe3+
- Fe2+
HC=O
CO2
·
+
Fe3+ + HO + HO-
R = zvyšok aldózy alebo aldónovej kyseliny
R
Metódy skracovania uhlíkového reťazca
aldóz
•
Weermanova metóda - metóda skracovania uhlíkového reťazca
monosacharidov. Amid kyseliny aldónovej pôsobením alkalického
chlórnanu alebo brómnanu podlieha Hofmannovemu odbúraniu cez
izokyanát, ktorý sa rozkladá na aldózu kratšiu o uhlík. Jej výťažky sa
znižujú v dôsledku ľahkej oxidácie aldózy na kyselinu aldónovú za
daných podmienok.
O
O
H
C
NH
HO
NaOBr
O
H
C
N
HO
R
C
_
Br
OH
- HBr
R
R = zvyšok aldózy alebo aldónovej kyseliny
N
R
CH=O
HO
- CO2
HO
NH 2
H 2O
R
- NH 3
R