Бета-D-(-)-арабинозае важна хирална захарна молекула с широко приложение. Има важни приложения във фармацевтичния синтез, хранителни добавки, дехидратиращи агенти, козметика и други области. Следователно има различни методи за синтезиране на бета-D-(-)-арабиноза. Тази статия ще представи основно някои от основните синтетични методи.
Извличане на бета-D-(-)-арабиноза от природни продукти:
Методът за извличане на бета-D-(-)-арабиноза от природни продукти е най-директният и може да получи продукти с висока чистота. Най-често срещаният естествен източник на бета-D-(-)-арабиноза е ксиланът, който е дизахарид, съставен от D-ксилоза и D-глюкоза. Бета-D-(-)-арабинозата е една от структурните единици на ксилана. Ксилан може да се намери в клетъчните стени на растения като лигнин, борови дървета, които растат в студени райони и др.
Методът за екстракция на бета-D-(-)-арабинозата е същият като този на ксилана. Като цяло киселинният метод е най-често използваният метод за екстракция на ксилан. Проба от ксилан първо се добавя към кисел разтвор, загрява се, докато захарните мономери се отделят от агрегатите, след което се филтрува и се промива. След обработка с ксилан бета-D-(-)-арабинозата, съдържаща се в киселия разтвор, може да бъде отделена и пречистена чрез неутрализация и кристализация.
Химичен синтез:
Понастоящем има много ефективни химични методи за синтез на бета-D-(-)-арабиноза. Ето няколко начина:
1. Път на гликоген:
Това е един от най-разпространените синтетични методи
Стъпка 1: Получете ксилоза от Xylan:
Синтезът на гликоген на бета-D-(-)-арабиноза започва от ксилоза. Ксилозата е шествъглеродна захар, повсеместно присъстваща в клетъчните стени на растенията и може да бъде получена чрез хидролиза на ксилан (обикновено извлечен от растения).
Ксилан плюс H2O → Ксилоза плюс други захари
Ксиланът е полизахарид, съставен от множество ксилозни молекули и обикновено е безцветно или кафяво прахообразно вещество. Реакцията на хидролиза трябва да се катализира от киселина или ензим и обикновено се използва киселинен катализатор за реакцията на хидролиза. След хидролиза ксилозата може да се използва за синтезиране на бета-D-(-)-арабиноза.
Стъпка 2: Преобразувайте ксилозата в L-арабиноза:
Превръщането на ксилозата в L-арабиноза е ключова стъпка в синтеза на бета-D-(-)-арабинозата по пътя на гликогена. Този процес изисква използването на набор от ензими за катализиране на поредица от реакции, които превръщат ксилозата в арабиноза.
Първо, ксилозата се превръща в D-ксилоза кетоза чрез каталитична реакция.
Ксилоза плюс ATP → D-ксилоза кетоза плюс ADP
Второ, D-ксилоза кетоза ще се трансформира в L-ксилоза кетоза чрез реакция на изомеризация.
D-ксилоза кетулоза → L-ксилоза кетулоза
След това реакцията, катализирана от L-ксилоза глусидаза, беше подложена на циклизация на Cooper, за да се получи L-арабино-дезокси-хекс-2-улонат.
L-ксилоза кетоза → L-арабинуронова киселина
И накрая, под действието на арабинуроновата киселина използвайте NADPH и глюкозидаза, за да редуцирате арабинуроновата киселина до L-арабиноза.
L-арабинуронова киселина плюс NADPH плюс H плюс → L-арабиноза плюс NADP плюс
Третата стъпка: конвертирайте L-арабинозата в бета-D-(-)-арабиноза:
Превръщането на L-арабиноза в бета-D-(-)-арабиноза изисква набор от ензими за катализиране на реакцията.
Първо, L-арабинозата се фосфорилира, за да образува арабиноза-6-фосфат.
L-арабиноза плюс ATP → арабиноза-6-фосфат плюс ADP
След това реакция на хидролиза превръща арабиноза-6-фосфата в бета-D-(-)-арабиноза-5-фосфат (бета-D-(-)-арабиноза-5-фосфат).
Арабиноз-6-фосфат плюс H2O → Бета-D-(-)-арабиноз-5-фосфат
Накрая, бета-D-(-)-арабиноза-5-фосфатът претърпява дефосфорилиране, за да образува бета-D-(-)-арабиноза.
Бета-D-(-)-арабиноза-5-фосфат → Бета-D-(-)-арабиноза плюс Pi
Синтезът на гликоген на бета-D-(-)-арабиноза започва от ксилоза. Първо ксилозата се получава от ксилан, след това ксилозата се превръща в L-арабиноза и накрая L-арабинозата се превръща в бета-D-(-)-арабиноза. Този процес изисква използването на множество ензимно-катализирани реакции, всяка от които е критична. Чрез този метод на синтез може да се получи високоефективна, икономична и чиста бета-D-(-)-арабиноза, която осигурява солидна основа за нейното приложение в областта на биологията, медицината и химическия синтез.
2. Реакцията на Найт:
Методът, разработен през 40-те години на миналия век, изисква полихлорирани ароматни въглеводороди като изходен материал. В реакцията на Knight полихлорираните ароматни въглеводороди реагират със смес от киселина и детергент и след това заедно със сместа се добавя обензил-D-арабиноза. След серия от стъпки се синтезира бета-D-(-)-арабиноза.
Конкретните стъпки са както следва:
Стъпка 1: За да приготвим бета-D-(-)-арабиноза, първо трябва да приготвим бета-D-(-)-арабиноза захар и предварително добавени реактиви, а оксигенирането е един от най-разпространените методи за производство. Състои се от два етапа: първо, метил-D-глюкофуранозидът претърпява реакция на ароматизиране в присъствието на йодна сол за получаване на 4,6-O-метил анизолови производни; след това се ароматизира в 5-О-ъгълна позиция. Структурирана реакция и след това се редуцира, за да се получи бета-D-(-)-арабиноза.
Стъпка 2: Подгответе реагентите и разтворителите, необходими за реакцията на Knight. Необходимо е да подготвите бутилка разтвор, съдържащ 30 ml 50 процента оцетна киселина и 10 g бета-D-(-)-арабиноза захар, и да продължите към следващите стъпки на тази основа.
Стъпка 3: Добавете сярна киселина като киселинен катализатор. Преди добавяне на киселинния катализатор в епруветката трябва да се добавят 100 ml етанол, последван от 0,1 ml концентрирана сярна киселина.
Стъпка 4: Добавете борна киселина при охлаждане. След като системата от разтворители се охлади до стайна температура, се добавят 15 0 ml изопропанол и след това се добавят 0,1 ml борна киселина и се разбърква внимателно.
Стъпка пета: Реакционно нагряване. Загрейте в маслена баня с постоянна температура за около 40 до 50 минути, за да реагира напълно алдозата в разтвора, за да се получи продукт от захарен енолен естер.
Стъпка 6: Каталитично хидрогениране. След завършване на реакцията епруветката се изважда от маслената баня и се оставя да се охлади до стайна температура. След това добавете 1 милилитър n-хептан и 0.05 милилитра разтвор на натриев волфрамат, за да извършите реакция на каталитично хидрогениране, често трябва да изчакате няколко дни.
Стъпка 7: Извлечете продукта. Продуктът се екстрахира от разтвора чрез метод на потапяне и продуктът се идентифицира и характеризира с методи като ултравиолетова спектроскопия, инфрачервена спектроскопия и ядрено-магнитен резонанс и се извежда структурата на реакционния продукт.
3. Реакция на гликозидиране:
Този метод също е много популярен, а суровината му е D-ксилозид. Първо реагирайте D-ксилозид и метанол под действието на катализатор, за да получите обензил-D-арабиноза. След това обензил-D-арабинозата реагира с окислен NaIO4 в присъствието на субстрата, последвано от добавяне на сухи кватернерни амониеви соли, като по този начин се получава бета-D-(-)-арабиноза.
С една дума, бета-D-(-)-арабинозата може да бъде синтезирана чрез няколко метода, споменати по-горе, всеки метод има своите предимства и недостатъци и различни методи могат да бъдат избрани според различните действителни нужди.