Бета-D-(-)-арабінозає важливою хіральною молекулою цукру з широким застосуванням. Він має важливе застосування у фармацевтичному синтезі, харчових добавках, зневоднювачах, косметиці та інших галузях. Тому існують різні методи синтезу бета-D-(-)-арабінози. У цій статті в основному представлені деякі з основних синтетичних методів.
Екстракція бета-D-(-)-арабінози з натуральних продуктів:
Спосіб вилучення бета-D-(-)-арабінози з природних продуктів є найбільш прямим і дозволяє отримати продукти високої чистоти. Найпоширенішим природним джерелом бета-D-(-)-арабінози є ксилан, який є дисахаридом, що складається з D-ксилози та D-глюкози. Бета-D-(-)-арабіноза є однією зі структурних одиниць ксилану. Ксилан можна знайти в клітинних стінках рослин, таких як лігнін, у соснах, які ростуть у холодних регіонах, тощо.
Метод екстракції бета-D-(-)-арабінози такий самий, як і ксилану. Загалом кислотний метод є найбільш часто використовуваним методом екстракції ксилану. Зразок ксилану спочатку додають до кислого розчину, нагрівають, поки мономери цукру не відокремляться від агрегатів, потім фільтрують і промивають. Після обробки ксиланом бета-D-(-)-арабінозу, що міститься в кислому розчині, можна відокремити та очистити шляхом нейтралізації та кристалізації.
Хімічний синтез:
В даний час існує багато ефективних хімічних методів синтезу бета-D-(-)-арабінози. Ось кілька способів:
1. Шлях глікогену:
Це один з найпоширеніших синтетичних методів
Крок 1. Отримайте ксилозу з ксилану:
Шлях синтезу глікогену бета-D-(-)-арабінози починається з ксилози. Ксилоза — це шестивуглецевий цукор, повсюдно присутній у клітинних стінках рослин і може бути отриманий шляхом гідролізу ксилану (зазвичай екстрагованого з рослин).
Ксилан плюс H2O → Ксилоза плюс інші цукри
Ксилан - це полісахарид, що складається з кількох молекул ксилози і зазвичай є безбарвною або коричневою порошкоподібною речовиною. Реакція гідролізу повинна каталізуватися кислотою або ферментом, і для реакції гідролізу зазвичай використовується кислотний каталізатор. Після гідролізу ксилоза може бути використана для синтезу бета-D-(-)-арабінози.
Крок 2. Перетворення ксилози на L-арабінозу:
Перетворення ксилози на L-арабінозу є ключовим етапом у синтезі бета-D-(-)-арабінози через шлях глікогену. Цей процес вимагає використання набору ферментів для каталізації низки реакцій, які перетворюють ксилозу на арабінозу.
Спочатку ксилоза перетворюється на D-ксилозу-кетозу за допомогою каталітичної реакції.
Ксилоза плюс АТФ → D-ксилоза кетоза плюс АДФ
По-друге, D-ксилозокетоза буде перетворена в L-ксилозокетозу через реакцію ізомеризації.
D-ксилоза кетулоза → L-ксилоза кетулоза
Потім реакцію, що каталізується L-ксилозоглузидазою, піддавали циклізації за Купером для отримання L-арабіно-дезокси-гекс-2-улонату.
L-ксилозокетоза → L-арабінуронова кислота
Нарешті, під дією арабінуронової кислоти використовуйте NADPH і глюкозидазу для відновлення арабінуронової кислоти до L-арабінози.
L-арабінуронова кислота плюс NADPH плюс H плюс → L-арабіноза плюс NADP плюс
Третій крок: перетворення L-арабінози в бета-D-(-)-арабінозу:
Перетворення L-арабінози на бета-D-(-)-арабінозу вимагає набору ферментів для каталізації реакції.
Спочатку L-арабіноза фосфорилюється з утворенням арабінозо-6-фосфату.
L-арабіноза плюс АТФ → арабіноза-6-фосфат плюс АДФ
Потім реакція гідролізу перетворює арабінозо-6-фосфат на бета-D-(-)-арабінозо-5-фосфат (бета-D-(-)-арабінозо-5-фосфат).
Арабінозо{0}}фосфат плюс H2O → бета-D-(-)-арабінозо-5-фосфат
Нарешті, бета-D-(-)-арабіноза-5-фосфат піддається дефосфорилюванню з утворенням бета-D-(-)-арабінози.
Бета-D-(-)-арабіноза-5-фосфат → Бета-D-(-)-арабіноза плюс Pi
Шлях синтезу глікогену бета-D-(-)-арабінози починається з ксилози. Спочатку ксилоза одержується з ксилану, потім ксилоза перетворюється на L-арабінозу, і, нарешті, L-арабіноза перетворюється на бета-D-(-)-арабінозу. Цей процес вимагає використання кількох реакцій, що каталізуються ферментами, кожна з яких є критичною. За допомогою цього методу синтезу можна отримати високоефективну, економічну та чисту бета-D-(-)-арабінозу, що забезпечує міцну основу для її застосування в галузях біології, медицини та хімічного синтезу.
2. Реакція Найта:
Метод, розроблений у 1940-х роках, вимагає поліхлорованих ароматичних вуглеводнів як вихідний матеріал. У реакції Найта поліхлоровані ароматичні вуглеводні взаємодіють із сумішшю кислоти та детергенту, а потім разом із сумішшю додають обензил-D-арабінозу. Після ряду етапів синтезується бета-D-(-)-арабіноза.
Конкретні кроки такі:
Крок 1. Щоб приготувати бета-D-(-)-арабінозу, нам потрібно спочатку підготувати цукор бета-D-(-)-арабінозу та попередньо додані реагенти, а оксигенація є одним із найпоширеніших методів виробництва. Він складається з двох стадій: спочатку метил-D-глюкофуранозид піддається реакції ароматизації в присутності солі йоду з отриманням похідних 4,6-O-метиланізолу; потім ароматизується в позиції 5-О-кута. Структурована реакція, а потім відновлюється для отримання бета-D-(-)-арабінози.
Крок 2: Підготуйте реагенти та розчинники, необхідні для реакції Найта. Необхідно підготувати пляшку розчину, що містить 30 мл 50-процентної оцтової кислоти та 10 г бета-D-(-)-арабінозного цукру, і на цій основі приступати до наступних кроків.
Крок 3: Додайте сірчану кислоту як кислотний каталізатор. Перед додаванням кислотного каталізатора в пробірку слід додати 100 мл етанолу, а потім 0,1 мл концентрованої сульфатної кислоти.
Крок 4: Додайте борну кислоту в умовах охолодження. Після того, як систему розчинників охолодили до кімнатної температури, додали 150 мл ізопропанолу, потім додали 0,1 мл борної кислоти та обережно перемішали.
Крок п'ятий: реакційне нагрівання. Нагрівайте на масляній бані при постійній температурі приблизно від 40 до 50 хвилин, щоб повністю прореагувати альдоза в розчині з утворенням продукту енольного ефіру цукру.
Етап 6: Каталітичне гідрування. Після завершення реакції пробірку виймали з масляної бані й давали охолонути до кімнатної температури. Потім додайте 1 мілілітр н-гептану та 0.05 мілілітра розчину вольфрамату натрію, щоб провести реакцію каталітичного гідрування, часто доводиться чекати кілька днів.
Крок 7. Витягніть продукт. Продукт екстрагували з розчину методом занурення, і продукт ідентифікували та характеризували такими методами, як ультрафіолетова спектроскопія, інфрачервона спектроскопія та ядерно-магнітний резонанс, і було виведено структуру продукту реакції.
3. Реакція глікозидування:
Цей метод також дуже популярний, а його сировиною є D-ксилозид. Спочатку проведіть реакцію D-ксилозиду та метанолу під дією каталізатора з отриманням обензил-D-арабінози. Далі обензил-D-арабінозу реагують з окисленим NaIO4 у присутності субстрату з подальшим додаванням сухих четвертинних амонієвих солей, отримуючи таким чином бета-D-(-)-арабінозу.
Одним словом, бета-D-(-)-арабіноза може бути синтезована декількома методами, згаданими вище, кожен метод має свої переваги та недоліки, і різні методи можуть бути обрані відповідно до різних фактичних потреб.