νέα

Εκτός από την τεχνολογία, η σύνθεση γλυκοσιδών ήταν πάντα ενδιαφέρον για την επιστήμη, καθώς είναι μια πολύ κοινή αντίδραση στη φύση. Πρόσφατες εργασίες των Schmidt και Toshima και Tatsuta, καθώς και πολλές αναφορές που αναφέρονται εκεί, έχουν σχολιάσει ένα ευρύ φάσμα συνθετικών δυνατοτήτων.
Στη σύνθεση γλυκοσιδών, ένα συστατικό πολλαπλών σακχάρων συνδυάζεται με πυρηνόφιλα, όπως αλκοόλες, υδατάνθρακες ή πρωτεΐνες, εάν απαιτείται εκλεκτική αντίδραση με μία από τις ομάδες υδροξυλίου ενός υδατάνθρακα, όλες οι άλλες λειτουργίες πρέπει να προστατεύονται στο πρώτο βήμα. Κατ' αρχήν, οι ενζυμικές ή μικροβιακές διεργασίες, λόγω της επιλεκτικότητάς τους, μπορούν να αντικαταστήσουν σύνθετα στάδια χημικής προστασίας και αποπροστασίας σε επιλεκτικά από γλυκοσίδες σε περιοχές. Ωστόσο, λόγω της μακράς ιστορίας των αλκυλογλυκοσιδίων, η εφαρμογή των ενζύμων στη σύνθεση γλυκοσιδών δεν έχει μελετηθεί και εφαρμοστεί ευρέως.
Λόγω της ικανότητας των κατάλληλων ενζυμικών συστημάτων και του υψηλού κόστους παραγωγής, η ενζυματική σύνθεση αλκυλο πολυγλυκοσίδων δεν είναι έτοιμη να αναβαθμιστεί σε βιομηχανικό επίπεδο και προτιμώνται οι χημικές μέθοδοι.
Το 1870, ο MAcolley ανέφερε τη σύνθεση της «ακετοχλωρυδρόζης» (1, εικόνα 2) με αντίδραση δεξτρόζης (γλυκόζης) με ακετυλοχλωρίδιο, η οποία τελικά οδήγησε στην ιστορία των οδών σύνθεσης γλυκοσιδίων.
Σχήμα 2. Σύνθεση αρυλογλυκοζιδίων σύμφωνα με τον Michael
Τα τετρα-0-ακετυλ-γλυκοπυρανοσυλ αλογονίδια (ακετοαλογονογλυκόζες) βρέθηκαν αργότερα ότι είναι χρήσιμα ενδιάμεσα για τη στερεοεκλεκτική σύνθεση καθαρών αλκυλογλυκοζιδίων. Το 1879, ο Άρθουρ Μάικλ πέτυχε να παρασκευάσει καθορισμένους, κρυσταλλώσιμους αρυλογλυκοσίτες από ενδιάμεσα και φαινόλες του Colley. (Αρο-,Εικόνα 2).
Το 1901, η σύνθεση του Michael σε ένα ευρύ φάσμα υδατανθράκων και υδροξυλικών αγλυκονίων, όταν οι W.Koenigs και E.Knorr εισήγαγαν τη βελτιωμένη διαδικασία στερεοεκλεκτικής γλυκοζίωσης (Εικόνα 3). Η αντίδραση περιλαμβάνει μια υποκατάσταση SN2 στον ανωμερή άνθρακα και προχωρά στερεοεκλεκτικά με αναστροφή της διαμόρφωσης, παράγοντας για παράδειγμα την α-γλυκοσίδη 4 από το β-ανωμερές του ενδιάμεσου ακεοβρωμογλυκόζης 3. Η σύνθεση Koenigs-Knorr λαμβάνει χώρα παρουσία αργύρου ή προαγωγείς υδραργύρου.
Σχήμα 3. Στερεοεκλεκτική σύνθεση γλυκοσιδών σύμφωνα με τους Koenigs και Knorr
Το 1893, ο Emil Fischer πρότεινε μια θεμελιωδώς διαφορετική προσέγγιση στη σύνθεση των αλκυλογλυκοζιδίων. Αυτή η διαδικασία είναι πλέον γνωστή ως «γλυκοζίωση Fischer» και περιλαμβάνει μια καταλυόμενη από οξύ αντίδραση γλυκόζης με αλκοόλες. Οποιαδήποτε ιστορική αναφορά πρέπει ωστόσο να περιλαμβάνει επίσης την πρώτη αναφερόμενη προσπάθεια του A.Gautier το 1874, να μετατρέψει τη δεξτρόζη με άνυδρη αιθανόλη παρουσία υδροχλωρικού οξέος. Λόγω μιας παραπλανητικής στοιχειακής ανάλυσης, ο Gautier πίστευε ότι είχε λάβει μια «διγλυκόζη». Ο Fischer έδειξε αργότερα ότι η «διγλυκόζη» του Gautier ήταν στην πραγματικότητα κυρίως αιθυλογλυκοζίτης (Εικόνα 4).
Σχήμα 4. Σύνθεση γλυκοσιδών σύμφωνα με τον Fischer
Ο Fischer όρισε σωστά τη δομή του αιθυλογλυκοσιδίου, όπως φαίνεται από τον ιστορικό φουρανοσιδικό τύπο που προτείνεται. Στην πραγματικότητα, τα προϊόντα γλυκοζίωσης Fischer είναι πολύπλοκα, κυρίως μίγματα ισορροπίας α/β-ανωμερών και ισομερών πυρανοσίδης/φουρανοσίδης, τα οποία περιλαμβάνουν επίσης τυχαία συνδεδεμένα ολιγομερή γλυκοσιδίου.
Αντίστοιχα, μεμονωμένα μοριακά είδη δεν είναι εύκολο να απομονωθούν από μείγματα αντίδρασης Fischer, κάτι που υπήρξε σοβαρό πρόβλημα στο παρελθόν. Μετά από κάποια βελτίωση αυτής της μεθόδου σύνθεσης, ο Fischer υιοθέτησε στη συνέχεια τη σύνθεση Koenigs-Knorr για τις έρευνές του. Χρησιμοποιώντας αυτή τη διαδικασία, οι E.Fischer και B.Helferich ήταν οι πρώτοι που ανέφεραν τη σύνθεση ενός μακράς αλυσίδας αλκυλογλυκοζίτη που παρουσίαζε επιφανειοδραστικές ιδιότητες το 1911.
Ήδη από το 1893, ο Fischer είχε παρατηρήσει σωστά τις βασικές ιδιότητες των αλκυλογλυκοσιδίων, όπως η υψηλή σταθερότητά τους στην οξείδωση και την υδρόλυση, ειδικά σε έντονα αλκαλικά μέσα. Και τα δύο χαρακτηριστικά είναι πολύτιμα για αλκυλο πολυγλυκοσίδες σε εφαρμογές επιφανειοδραστικών.
Η έρευνα που σχετίζεται με την αντίδραση γλυκοσιδίωσης είναι ακόμη σε εξέλιξη και στο πρόσφατο παρελθόν έχουν αναπτυχθεί αρκετές ενδιαφέρουσες οδοί για τις γλυκοσίδες. Μερικές από τις διαδικασίες για τη σύνθεση γλυκοσιδών συνοψίζονται στο Σχήμα 5.
Γενικά, οι διεργασίες χημικής γλυκοζίδωσης μπορούν να χωριστούν σε διεργασίες που οδηγούν σε πολύπλοκες ισορροπίες ολιγομερών στην καταλυόμενη από οξύ ανταλλαγή γλυκοζυλίου.
Εικόνα 5. Σύνοψη μεθόδων για τη σύνθεση γλυκοσιδών
Αντιδράσεις σε κατάλληλα ενεργοποιημένα υποστρώματα υδατανθράκων (γλυκοσιδικές αντιδράσεις Fischer και αντιδράσεις υδροφθορίου (HF) με μη προστατευμένα μόρια υδατανθράκων) και ελεγχόμενες κινητικές, μη αναστρέψιμες και κυρίως στερεοταξικές αντιδράσεις υποκατάστασης. Ένας δεύτερος τύπος διαδικασίας μπορεί να οδηγήσει στον σχηματισμό μεμονωμένων ειδών παρά σε πολύπλοκα μείγματα αντιδράσεων, ειδικά όταν συνδυάζεται με τεχνικές ομάδας διατήρησης. Οι υδατάνθρακες μπορεί να αφήσουν ομάδες στον έκτοπο άνθρακα, όπως άτομα αλογόνου, σουλφονύλια ή τριχλωροακετιμιδικές ομάδες ή να ενεργοποιηθούν από βάσεις πριν από τη μετατροπή σε τριφλικούς εστέρες.
Στη συγκεκριμένη περίπτωση γλυκοζιδώσεων σε υδροφθόριο ή σε μείγματα υδροφθορίου και πυριδίνης (πυριδίνιο πολυ [υδροφθόριο]), τα γλυκοζυλοφθορίδια σχηματίζονται in situ και μετατρέπονται ομαλά σε γλυκοσίδες, για παράδειγμα με αλκοόλες. Το υδροφθόριο αποδείχθηκε ότι είναι ένα ισχυρά ενεργοποιητικό, μη αποικοδομητικό μέσο αντίδρασης. Η αυτόματη συμπύκνωση ισορροπίας (ολιγομερισμός) παρατηρείται παρόμοια με τη διαδικασία Fischer, αν και ο μηχανισμός αντίδρασης είναι πιθανώς διαφορετικός.
Οι χημικώς καθαροί αλκυλογλυκοσίδες είναι κατάλληλοι μόνο για πολύ ειδικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, οι αλκυλογλυκοσίδες έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς στη βιοχημική έρευνα για την κρυστάλλωση πρωτεϊνών μεμβράνης, όπως η τρισδιάστατη κρυστάλλωση της πορίνης και της βακτηριοροδοψίνης παρουσία οκτυλοβ-D-γλυκοπυρανοσίδης (περαιτέρω πειράματα που βασίζονται σε αυτή την εργασία οδηγούν στο Νόμπελ βραβείο χημείας για τους Deisenhofer, Huber και Michel το 1988).
Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των αλκυλο πολυγλυκοσιδίων, έχουν χρησιμοποιηθεί στερεοεκλεκτικές μέθοδοι σε εργαστηριακή κλίμακα για τη σύνθεση μιας ποικιλίας ουσιών μοντέλων και τη μελέτη των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους, λόγω της πολυπλοκότητάς τους, της αστάθειας των ενδιάμεσων και της ποσότητας και της κρίσιμης φύσης της διαδικασίας σπατάλη, συνθέσεις τύπου Koenigs-Knorr και άλλες τεχνικές προστατευτικών ομάδων θα δημιουργούσαν σημαντικά τεχνικά και οικονομικά προβλήματα. Οι διεργασίες τύπου Fischer είναι συγκριτικά λιγότερο περίπλοκες και ευκολότερες στην εκτέλεση σε εμπορική κλίμακα και, κατά συνέπεια, είναι η προτιμώμενη μέθοδος για την παραγωγή αλκυλο πολυγλυκοσιδίων σε μεγάλη κλίμακα.


Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-12-2020