Transcript sacharidy_p4

Fischerova glykozidácia
• Metóda prípravy glykozidov z voľných aldóz alebo ketóz a nižších
alifatických alkoholov v prítomnosti bezvodých kyselín, obvykle chlorovodíka.
• V priebehu reakcie v reakčnej zmesi sa prechodne nahromadia
glykofuranozidy, ktoré pomaly izomerizujú na stabilnejšie glykopyranozidy až
do vytvorenia rovnováhy. Jednotlivé sacharidy reakciou poskytujú rovnovážne
reakčné zmesi s rôznym zastúpením izomérnych glykozidov:
Percentuálne zloženie rovnovážnych zmesí metylglykozidov v metanolovom roztoku
chlorovodíka pri 35º C
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------aldóza
-pyranozid
-pyranozid
-furanozid
-furanozid
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------D-arabinóza
24
47
22
7
D-ribóza
12
66
5
17
D-xylóza
65
30
2
3
D-lyxóza
89
10
1
0
D-glukóza
66
32,5
0,6
0,9
D-manóza
94
5.3
0,7
0
D-galaktóza
58
20
6
16
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
OMe
O
OH
HO
HO
O
OH
HO
HO
OMe
(a)
OMe
HO
HO
(b)
(e)
HO
HO
O
HO
OH
OH
O
HOOMe
(d)
O
HO
OH
(d)
(a)
(c)
(b)
(e)
(d)
(e)
(c)
(a)

Časový priebeh glykozidácie D-xylózy (c) v 0,5 % HCl v metanole pri 25 °C
Zdroj: Monosaccharides. Their Chemistry and Their Roles in Natural Products, P.M. Collins,
R.J. Ferrier, Wiley, Chichester, 1995.
(b), (c)
HO
HO
HO
HO
O
+
HO OMe
30 %
metyl-α-D-xylopyranozid
metyl-β-D-xylopyranozid
MeOH
O
+
H+
HO
OMe
HO
65 %
HO
HO
O
+
OH
D-xylóza
HO
O
OH
+
(α,β-D-xylopyranóza)
HO
OMe
O
OH
OMe
OH
2%
metyl-α-D-xylofuranozid
OH
3%
metyl-β-D-xylofuranozid
Rovnovážna zmes metyl-D-xylozidov vzniknutá Fischerovou glykozidáciou
v metanolovom roztoku chlorovodíka pri 35º C. Majoritným produktom je
metyl-α-D-xylopyranozid, a to v dôsledku anomérneho efektu, ktorý je
charakteristický pre tetrahydropyránové kruhy s elektronegatívnym substituentom
v polohe 2.
• anomérny efekt - zníženie stability ekvatoriálneho anoméru v
dôsledku interakcií jeho elektronegatívneho substituenta X s
voľnými elektrónovými pármi kruhového atómu kyslíka, čím sa
relatívne zvyšuje stabilita axiálneho anoméru. Tento efekt, ktorý
bol pôvodne pozorovaný u sacharidov, je všeobecným javom v
cyklických i acyklických molekulách obsahujúcich 1,3-zoskupenie
heteroatómov.
O
O
X
X
OH
HO
HO
OH
O
HOOMe
HO
HO
O
OMe
HO
66 %
32,5 %
metyl-α-D-glukopyranozid
metyl-β-D-glukopyranozid
Anomérny efekt
O
O
O
O
R
R
Najjednoduchšie vysvetlenie je, že ekvatoriálna konfigurácia má dipóly oboch
heteroatómov čiastočne rovnobežné, a preto sa navzájom odpudzujúce.
Naopak, axiálna konfigurácia má tieto dipóly zhruba protismerné, takže
reprezentuje stabilnejšiu a energeticky menej náročnú štruktúru.
..
O
..
O .
.
O
O
R
R
Alternatívne a širšie akceptované vysvetlenie je, že axiálna konfigurácia je
stabilizovaná hyperkonjugáciou medzi axiálnym neväzbovým párom kruhového
atómu kyslíka a σ* orbitálom axiálnej C-OR väzby.
Mechanizmus Fischerovej glykozidácie (I)
HO
+ H+
H
O
OH
OH
+
- H 2O
HO
O
OH
+ H 2O
OH
+
H
OH
- H+
D-xyl
- MeOH
+ MeOH
- MeOH
+ MeOH
- H+
+ H+
HO
OH
OH
OH
- H 2O
OMe
OH
HO
O
OH
OMe
+ H2O
Zvýraznený priebeh premien je pravdepodobnejší.
Zdroj: Monosaccharides. Their Chemistry and Their Roles in Natural Products, P.M. Collins,
R.J. Ferrier, Wiley, Chichester, 1995.
OH
Mechanizmus Fischerovej glykozidácie (II)
HO
O
O
OH
OMe
OMe
OH
OH
OH
OH
+ H+ (b)
(a)
(b,d)
MeOH
- H+
(H+)
- MeOH (c)
HO
OH
OH
OMe
OMe
OH
HO
(d)
OH
OH
+
OMe
+ H+ (- MeOH)
OH
Zvýraznený priebeh premien je pravdepodobnejší.
Zdroj: Monosaccharides. Their Chemistry and Their Roles in Natural Products, P.M. Collins,
R.J. Ferrier, Wiley, Chichester, 1995.
Termodynamické rovnováhy pri Fischerovej glykozidácii
D-glukózy, D-manózy a D-galaktózy
OH
D-gluko
HO
HO
O
HO
HO
HOOMe
HO
D-mano
OH
OH
OMe
32,5 %
OH
OH
HO
HO
OMe
OH
HO
OH
O
OHHO
HO
OMe
5,3 %
HO
O
D-galakto
HO
58 %
OMe
0,7 %
0%
OH
O
OH
O
HO
HOOMe
O
OH HO
HO
OMe
94 %
OH
0,9 %
OH
OMe
HO
OH
0,6 %
O
HO
OMe
O
OH
HO
HO
66 %
O
HO
HO
O
OH
O
OH
OMe
HO
20 %
HO
OMe
OH
OH
6%
O
OH
HO
OH
OMe
OH
16 %
Tvorba vnútorných glykozidov (anhydridov sacharidov)
OH
O
H+
O
OH
O
H2O
(OH)3
(OH)3
D-Glc
D-Gal
D-Man
D-Tal
0,2 %
0,8 %
0,8 %
2,8 %
O
O
O
14 %
O
O
O
O
D-All
O
D-Gul
D-Alt
D-Ido
65 %
65 %
86 %
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
O
O
HOTs
OH
HO
(OH)2
O
O
alebo
DMF
OH
(OH)3
(OH)2
D-Glc
D-Gal
D-Man
35 %
87 %
22 %
O
D-Tal
86 %
D-All
78 %
H+
H2O
D-Glc
0,2 %
D-Gal
0,8 %
D-Man
0,8 %
D-Tal
2,8 %
D-All
14 %
D-Gul
65 %
D-Alt
65 %
R = OH
Tvorba vnútorných glykozidov vo vode.
(Reverzia – vznik oligosacharidov v kyslých vodných roztokoch.)
D-Ido
86 %
OH
O
O
HOTs
OH
HO
(OH)2
O
O
alebo
DMF
OH
(OH)3
D-Glc
35 %
(OH)2
D-Gal
87 %
D-Man
22 %
D-Tal
86 %
O
D-All
78 %
Tvorba vnútorných glykozidov v aprotických rozpúšťadlách
Príprava ditioacetálov sacharidov
OH
OH
OH
SEt
HO
OH
OH
O
EtSH
OH
OH
OH
konc. HCl
HO
OH
SEt
SEt
HO
OH
D-xylóza
HO
O
OH
SEt
OH
D-xylóza-dietylditioacetál
HgCl 2
CH=O
(
OAc )n
OAc
SO 2R
RSO 2
SR
RS
CdCO 3
(
H2O
O
OAc )n
(
Ac 2O
OAc
CH3COCH3
Py
[O]
RS
(
(
OH )n
OH
OH )n-1
OH
SR
OH )n
OH
H2
CH3
H
_
HO
CH=O
Ni
(
OH )n-1
OH
Ditioacetály sacharidov sa využívajú na prípravu acyklických derivátov sacharidov
OH
OH
1 % HCl/H2O, 20°C, 20 h
OH
OH OH
OH
OH
OH
SEt
SEt
HO
HO
O
OH
OH
OH
SEt
SEt
OH
1.
HgO, 5 h,
2.
2. EtOH, HgO, HgCl2
OH
OH
OEt
SEt
HO
OH
O
OH
OEt
OH OH
OH
Acyklické ditioacetály možno využiť aj na prípravu furanoidných derivátov
sacharidov. Využíva sa tu poznatok, že päťčlenné kruhy sa zatvárajú
rýchlejšie ako šesťčlenné kruhy.
Relatívne rýchlostné konštanty pri 50 °C (osemčlenný kruh = 1) pre reakciu
Br (CH2)n-2 COO
(CH2)n-2
C O + Br
O
n = Ring size
G. Illuminati, L. Mandolini, Acc. Chem. Res. 14, 95 (1981).
The Nef type glycosidation of 1-deoxy-1-nitroalditols
NO2
HO
OH
HO
1. NaOMe, MeOH
HO
OH
OH
O
2. HCl, MeOH, -30 °C
HO
OH
OMe
+
OH
OMe
HO
major (1,2-cis)
OH
O
HO
OH
minor (1,2-trans)
14%
76%
NaOMe
MeOH
+
- H , - NOH, - H2O
H
NO2Na
HO
+
H
HO
OH
OH
MeOH
OH H
HO
+ OH
N
OH
HO
HO
OH
H
OH
O
HO
HO
+
O Me
H OH
N
OH
OH
OH
M. Vojtech, M. Petrušová, B. Pribulová, L. Petruš, Tetrahedron Lett. 49 (2008) 3112–3116.
The Nef type glycosidation
of 1-deoxy-1-nitroalditols
at -30°C
M. Vojtech, M. Petrušová, B. Pribulová,
L. Petruš, Tetrahedron Lett. 49 (2008)
3112–3116.
_________________________________________________________________________
Nitrohexitol
cis-Furanoside
Yield (%)
trans-Furanoside
Yield (%)
_________________________________________________________________________
NO2
OH
OH
HO
O OMe
O OMe
HO
HO
OH
36
55
HO
OH
HO
OH
HO
OH
OH
NO2
OH
OH
OH
O OMe
O OMe
HO
HO
OH
11
78
HO
OH
HO
OH
HO
OH
OH
NO2
OH
OH
OH
O OMe
O OMe
HO
HO
HO
36
OH
54
OH
H
O
OH
HO
OH
OH
NO2
OH
OH
HO
O OMe
O OMe
HO
HO
HO
76
14
OH
OH
H
O
OH
HO
OH
OH
NO2
OH
OH
OH
O OMe
O OMe
HO
HO
HO
65
25
HO
OH
H
O
OH
HO
OH
OH
NO2
OH
OH
HO
O OMe
O OMe
HO
HO
HO
74
16
HO
HO
OH
OH
NO2
HO
HO
OH
OH
OH
OH
O OMe
OH
67
24
OH
OH
HO
OH
HO
OH
OH
NO2
OH
OH
OH
O OMe
O OMe
HO
H
O
OH
83
8
OH
OH
HO
OH
HO
OH
OH
_________________________________________________________________________
HO
O
OMe
HO
Glykozylamíny
Deriváty monosacharidov, v ktorých glykozylový zvyšok
(glykozyl) je viazaný na primárnu, sekundárnu alebo
terciárnu aminoskupinu. Ak sú na sekundárnu
aminoskupinu viazané dva glykozylové zvyšky, tieto
deriváty sú bisglykozylamíny.
Podľa nesacharidovej substitúcie aminoskupiny sa
rozdeľujú na nesubstituované, alifatické a aromatické
glykozylamíny.
Aromatické glykozylamíny sú oveľa stabilnejšie ako
alifatické. Glykozylamíny v roztokoch podobne ako voľné
aldózy alebo ketózy vykazujú mutarotáciu, ktorú spôsobuje
vytváranie rovnováhy medzi - a -anomérmi. účinkom
minerálnych kyselín sa rozkladajú na aldózu a amín alebo
amoniak. V slabokyslom prostredí podliehajú Amadoriho
reakcii (najlepšie katalýzou aniónmi slabých kyselín).
Amadoriho reakcia
anión slabej kyseliny
(silná báza)
n
glykozylamín
_
_
_
B
_
n
n
n
1-amino-1-deoxy2-ketóza
• Amadoriho reakcia - bázicky katalyzovaná izomerizácia
aldózových glykozylamínov za vzniku 1-amino-1-deoxy-2ketóz. Reakcia je podobná Lobry de Bruyn-Alberda van
Ekensteinovej reakcii aldóz.
• Reakciou sa vysvetľuje pôvod Maillardových melanoidov,
hnedých polymérov vznikajúcich ďalšími reakciami z
produktov Amadoriho reakcie karbonylových zlúčenín a
aminokyselín. Maillardové reakcie sú zodpovedné aj za
vznik hnedých produktov (melanoidov) pri tepelnom
spracovaní potravín obsahujúcich sacharidy a proteíny
http://brewery.org/library/Maillard_CS0497.html
• Podobná kyslo katalyzovaná izomerizácia 2-ketózových
glykozylamínov na 2-amino-2-deoxyaldózy sa nazýva
Heynsova reakcia.
Melanin is a class of compounds found in the plant, animal, and protista
kingdoms, where it serves predominantly as a pigment. The class of
pigments are derivatives of the amino acid tyrosine. The increased
production of melanin in human skin is called melanogenesis. It is
stimulated by the DNA damages that are caused by UVB-radiation,[1] and
it leads to a delayed development of a tan. This melanogenesis-based
tan takes more time to develop, but it is long lasting.[2]
http://en.wikipedia.org/wiki/Melanin
Melamine is an organic base and a trimer of cyanamide, with a 1,3,5triazine skeleton. Like cyanamide, it contains 66% nitrogen by mass and,
if mixed with resins, has fire retardant properties due to its release of
nitrogen gas when burned or charred, and has several other industrial
uses. Melamine is also a metabolite of cyromazine, a pesticide. It is
formed in the body of mammals who have ingested cyromazine.[2] It has
been reported that cyromazine can also be converted to melamine in
plants.[3][4]
NH2
Melamine combines with cyanuric acid
to form melamine cyanurate, which has
N
N
been implicated in the Chinese protein
export contaminations.
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Melamine.svg
H2N
N
NH2
Glykozylamíny (2)
Mnohé glykozylamíny sa vyskytujú v prírode a majú dôležitú
úlohu v biochémii. Najvýznamnejšie sú glykozylamíny
odvodené od D-ribózy alebo 2-deoxy- D-ribózy a purínových
alebo pyrimidínových báz (nukleozidy), izolované z
hydrolyzátov nukleových kyselín. Iná dôležitá skupina
glykozylamínov sprostrekuje väzbu medzi sacharidmi a
proteínmi v glykoproteínoch.
Glykozylamíny sa pripravujú priamo reakciou amínov s
aldózami. Výhodnejšia je ich príprava z glykozylhalogenidov
buď priamo pôsobením amínu alebo cez glykozylazid jeho
redukciou.
V syntéze sa využívajú na prípravu aminosacharidov a
glykamínov (aminodeoxyalditoly). N-(4-Nitrofenyl)glykozylamíny, ktoré sú pomerne dobre kryštalizujúce látky, sa
využívajú na charakterizáciu sacharidov.
Glykozylamíny nukleových kyselín
RNA nukleozidy:
HO
N
O
HO
N
O
OH
HO
OH
HO
O
N
N
N
HO
N
NH 2
NH 2
O
N
NH
N
HO
OH
Guanosine
O
O
N
N
O
HO
NH 2
Adenosine
HO
O
OH
Cytidine
NH
Uridine
DNA nukleozidy:
HO
N
O
HO
N
NH 2
N
N
HO
O
N
HO
HO
O
N
O
NH
N
HO
NH 2
N
HO
O
O
N
O
HO
N
NH
O
NH 2
Deoxyadenosine
Deoxyguanosine
Deoxycytidine
Deoxythymidine
OH
OH
Ph-NH 2
O
OH HO
OH HO
OH
MeOH, voda
OH
D-manóza
O
H
N
OH
N-fenyl-β-D-manopyranozylamín
(kryštalická látka)
Týmto spôsobom sa z rovnovážnej zmesi D-glukózy a D-manózy (73:27)
vzniknutej Bílikovou reakciou izoluje D-manóza.
Podobným spôsobom sa izoluje aj D- alebo L-ribóza z jej rovnovážnej zmesi s
príslušnou D- alebo L-arabinózou (~ 1:2)
OH
OH
O
MeOH
O
H
OH
+
OMe
OH
OH
OH
D-glukopyranóza
metyl-α-D-glukopyranozid
OH
OH
OH
O
O
O
OH
Me
OH
OH
OH
OH
metyl-
-α-D-glukopyranozid
OH
O
OH
O
OH
OH
ďalšie produkty
+
OH
OH
OH
-glykozid (atóm kyslíka v názve) (≡ glykozyloxy)
glykozidy (všeobecne) (nie O-glykozidy !!!)
OH
OH
OH
O NHPh
O
OH
OH
SEt
OH
OH
OH
O
glykozyl-
OH
OH
OH
OH
S-etyl-α-D-tioglukopyranozid
N-fenyl-β-D-glukopyranozylamín
2-(β-D-glukopyranozyl)naftalén
(tioglykozidy)
(glykozylamíny)
(C-glykozylované zlúčeniny)
(nie S-glykozidy !!!)
(nie N-glykozidy !!!)
(nie C-glykozidy !!!)
• tioglykozidy
(nie S-glykozidy !!!)
• glykozylamíny
(nie N-glykozidy !!!)
• C-glykozylované zlúčeniny (nie C-glykozidy !!!)
• glykozidy
(nie O-glykozidy !!!)