Transcript Acetály (ketály) sacharidov

Acetály (ketály) sacharidov
• Dva typy štruktúrne odlišných derivátov (mono)sacharidov.
Acetálová (ketálová) skupina prvého typu acetálov (ketálov)
sacharidov vzniká z karbonylovej skupiny ľubovoľnej karbonylovej
zlúčeniny a dvoch hydroxylových skupín sacharidu (napr. 2,3-Oizopropylidén-D-glyceraldehyd (I) z acetónu a D-glyceraldehydu).
Druhý typ vzniká z karbonylovej skupiny sacharidu a dvoch
hydroxylových skupín ľubovoľného alkoholu (napr. D-glyceraldehyddimetylacetál (II) z D-glyceraldehydu a metanolu).
.
Me
C H=O
O H O
C
O
Me
OH
O
Me
C H2 O H
I
II
C H2 O H
Me
O
OH
O
OH
HO
III
Me
Acetály (ketály) sacharidov
O
C H2O H
O
OH O
OH
O
OH
HO
III
Me
OH
OH
IV
Acetálmi sacharidov sú aj glykozidy, napr. metyl-α-D-glukopyranozid
(III), ale aj vnútorne glykozidy, napr. 1,6-anhydro--D-glukopyranóza
(IV) (červená farba zvyrazňuje acetálovú funkčnú skupinu).
Acetály (ketály) sacharidov
• Najčastejšie využívané karbonylové zlúčeniny
na prípravu acetálov prvého typu sú acetón,
benzaldehyd, acetaldehyd a formaldehyd.
Podľa východiskovej karbonylovej zlúčeniny sa
potom rozdeľujú na izopropylidénové (1,2-Oizopropylidén--D-glukofuranóza, 1,2;5,6-di-Oizopropylidén--D-glukofuranóza, 1,2;3,4-di-Oizopropylidén--D-galaktopyranóza)
benzylidénové (4,6-O-benzylidén-Dglukopyranóza), etylidénové a metylénové
acetály sacharidov.
1,2:5,6-di-O-izopropylidén--D-glukofuranóza (I)
(zast. diacetónglukóza) - kryštalická látka s t.t. 110 °C a []D -180°
(voda), rozpustná vo vode a mnohých organických rozpúšťadlách.
V kyslom prostredí je rýchlosť hydrolýzy 5,6-O-izopropylidénovej
skupiny 40-krát väčšia ako v polohe 1,2. To sa využíva na prípravu
ďalšieho dôležitého derivátu, 1,2-O-izopropylidén--Dglukofuranózy (II). Používa sa ako východisková zlúčenina na
mnohé syntézy. Tak napr. po oxidácii voľnej hydroxylovej skupiny
na 3-oxoderivát alebo po jej O-substitúcii sa medziprodukty
využivajú na prípravu aminosacharidov, deoxysacharidov alebo
sacharidov s rozvetveným reťazcom.
C H2 O H
(C H 3 ) 2 C
O
OH
OH
HO
OH
C H3C OC H3
O C H2
O
C H2 O H
O
+
H
OH
Z nC l 2
a le b o
H2S O4
O
O
I
HO
O
OH
H2 O
O
O
C (C H 3 ) 2
II
C (C H 3 ) 2
1,2;3,4-di-O-izopropylidén--D-galaktopyranóza
•
Má využitie v syntéze sacharidov a ich derivátov, napr. D-fukózy (6deoxy-D-galaktózy) alebo D-galakturónovej kyseliny.
C H2 O H
HO
C H2 O H
O
OH
OH
OH
C H3C OC H3
Z nC l 2
a le b o
H2S O4
O
COOH
O
NOx
O
O
O
O
O
O
a le b o
TEMPO
O
O
TsC l, P y
C H 2 O Ts
O
O
C H3
LiA lH 4
O
O
O
O
O
O
O
O
• Acetály sacharidov sú stabilné v bázickom a
neutrálnom prostredí. V kyslých roztokoch sa
rozkladajú na sacharid a karbonylovú zlúčeninu.
Rýchlosť hydrolýzy je najväčšia pre benzylidénové a
klesá v poradí izopropylidénové, etylidénové a
metylénové acetály sacharidov. Z benzylidénových
acetálov možno sacharid regenerovať aj
hydrogénolýzou na paládiu, podobne ako z
benzyléterov sacharidov.
C H3
O
C H3
O
H 3O +
O
HO
O
OH
OH
O
O
OH
D-fukóza (6-deoxy-D-galaktóza)
4,6-O-benzylidén-D-glukopyranóza (I)
C H2 O H
O
O
OH
OH
HO
O
Ph C H O
O
Ph
OH
OH
Zn Cl 2
O
O
Ph
OH
O
O
OH
OH
I
O
II
Pri reakcii D-glukózy s 1 mólom benzaldehydu je možné izolovať 40 % 4,6-Obenzylidén-D-glukopyranózy (I). S nadbytkom benzaldehydu potom vzniká
1,2:4,6-di-O-benzylidén-α-D-glukopyranóza(II).
Ph
C H2 O H
(C H 3 ) 2 C
O
OH
OH
(C H 3 ) 2 C ( O C H 3 ) 2
O C H2
O
O
OH
HOTs
HO
O
D M F a le b o D M E
OH
O
C H2 O H
O
P hC H ( O M e ) 2
O
OH
HO
C (C H 3 ) 2
OMe
OH
O
Ph
OH
HOTs
D M F a le b o D M E
O
OMe
OH
V súčasnosti sa na prípravu acetálov a ketálov sacharidov využívajú
modernejšie transacetalačne (transketalačné) činidlá; namiesto acetónu
acetón-dimetylketál a namiesto benzaldehydu benzaldehyddimetylacetál.
Konformačná analýza acetálov (ketálov) sacharidov
Ketóny (R1-CO-R2) s hydroxylovými
skupinami sacharidov prednostne
vytvárajú termodynamicky výhodnejšie
päťčlánkové cyklické ketály 1,3dioxolánového typu. Typickým
príkladom sú O-izopropylidénové
ketály (R1 = R2 = Me).
R1
z vyš o k m o le k u ly
s a c h a rid u
O
O
R2
Dôvodom je, že obidva objemné
substituenty R1, R2 sú v ekvivalentných,
degenerovaných kváziekvatoriálnych
(resp. kváziaxiálnych) polohách.
O
Aldehydy (R-CH=O) s hydroxylovými
skupinami sacharidov prednostne
vytvárajú termodynamicky výhodnejšie
šesťčlánkové cyklické acetály 1,3dioxánového typu. Typickým príkladom
sú O-benzylidénové acetály (R = Ph).
R
O
z vyš o k m o le k u ly
s a c h a rid u
H
V tomto prípade objemný substituent R
je v ekvatoriálnej polohe a atóm vodíka
je v polohe axiálnej.
Izopropylidénové acetály bežných aldohexóz
C H2 O H
(C H 3 ) 2 C
O
OH
OH
HO
OH
D -g lu kó za
C H3C O C H3
O C H2
O
OH
Z nC l2
a le b o
H2S O4
O
Me
O
O
O
O
Me
Me
O
O
HO
O
Me
C (C H 3 ) 2
O
C H2 O H
(C H 3 ) 2 C
O
O HH O
OH
HO
D -m a n ó za
C H3C O C H3
O C H2
O
O
O
Z nC l2
a le b o
H2S O4
OH
OH
D -g a la któ za
OH
Me
C H2 O H
O
OH
O
C H3C O C H3
Z nC l2
a le b o
H2S O4
O
OH
O
C (C H 3 ) 2
C H2 O H
HO
O
Me
O
O
Me
Me
OH
O
O
O
O
O
(C H 3 ) 2 C
O
C (C H 3 ) 2
Me
Me
O
O
O
Me
Me
O
C H2 O H
(C H 3 ) 2 C
O
O HH O
HO
(C H 3 ) 2 C (O C H 3 ) 2
OH
O C H2
O
O
Me
O
HOTs
D M F a le b o D M E
O
Me
OMe
O
O
OMe
C (C H 3 ) 2
O
O
Me
Me
D -m a n ó za
V prípade využitia modernejšieho transketalačného činidla, acetóndimetylketálu namiesto acetónu, z manózy vzniká nie 1,2;5,6-di-Oizopropylidén--D-manofuranóza, ale metyl-1,2;5,6-di-Oizopropylidén--D-manofuranozid.
Tvorba acetálov na alditolových reťazcoch
OH
OH
OH
O
PhC H O
HO
OH
+
OH
Ph
Ph
HO
H
O
O
O
Ph
Ph
O
O
Ph
O
O
O
O
OH
OH
O
OH
OH
O
Ph
OH
D-glucitol
2,4-Obenzylidén-D-glucitol
(sorbitol)
OH
HO
1,3:2,4-di-Obenzylidén-D-glucitol
1,3:2,4:5,6-tri-Obenzylidén-D-glucitol
1,2:5,6-di-O-izopropylidén-D-manitol
C H 3C O C H 3
HO
OH
OH
OH
D-manitol
k ys e lin a
(rôzne
podmienky)
alebo
1,2:3,4:5,6-tri-O-izopropylidén-Dmanitol
Tvorba acetálov na alditolových reťazcoch
OH
OH
OH
O
PhC H O
HO
OH
+
OH
Ph
Ph
HO
H
O
O
O
Ph
Ph
O
O
Ph
O
O
O
O
OH
OH
O
OH
OH
O
Ph
OH
D-glucitol
1,3:2,4:5,6-tri-Obenzylidén-D-glucitol
(sorbitol)
OH
HO
1,2:5,6-di-O-izopropylidén-D-manitol
C H 3C O C H 3
HO
OH
OH
OH
D-manitol
k ys e lin a
(rôzne
podmienky)
alebo
1,2:3,4:5,6-tri-O-izopropylidén-Dmanitol
Syntetické využitie acetálov sacharidov
OH
OH
O
O
Ph
HO
N aIO 4
O
OH
+
OH
H
Ph
HO
H2O
O
OH
O
HO
HO
H2 O
OH
OH
O
HO
O
OH
OH
2,4-O-benzylidénD-glucitol
O CH2
O
L-xylóza
O CH2
O CH2
O
O
O
NaBH4
PDC
OH
O
O
1,2;5,6-di-O-izopropylidén-D-glukofuranóza
O
O
+
H
O
O
O
O
HO
D-alóza
H 2O
O
1,2;5,6-di-O-izopropylidén-D-alofuranóza
Voľné cukry prakticky zo všetkých acetálov sacharidov možno uvoľniť hydrolýzou
s 3 N silnou kyselinou pri laboratórnej teplote za 48 hodín.