νέα

Εκτός από την τεχνολογία, η σύνθεση γλυκοζιτών ήταν πάντα ενδιαφέρον για την επιστήμη, καθώς πρόκειται για μια πολύ κοινή αντίδραση στη φύση. Πρόσφατες εργασίες των Schmidt και Toshima και Tatsuta, καθώς και πολλές αναφορές που αναφέρονται σε αυτές, έχουν σχολιάσει ένα ευρύ φάσμα συνθετικών δυνατοτήτων.
Στη σύνθεση γλυκοζιτών, ένα πολυσακχαρώδες συστατικό συνδυάζεται με πυρηνόφιλα, όπως αλκοόλες, υδατάνθρακες ή πρωτεΐνες. Εάν απαιτείται επιλεκτική αντίδραση με μία από τις υδροξυλομάδες ενός υδατάνθρακα, όλες οι άλλες λειτουργίες πρέπει να προστατεύονται στο πρώτο βήμα. Κατ' αρχήν, οι ενζυματικές ή μικροβιακές διεργασίες, λόγω της επιλεκτικότητάς τους, μπορούν να αντικαταστήσουν σύνθετα βήματα χημικής προστασίας και αποπροστασίας σε επιλεκτικές περιοχές από γλυκοζίτες. Ωστόσο, λόγω της μακράς ιστορίας των αλκυλογλυκοζιτών, η εφαρμογή ενζύμων στη σύνθεση γλυκοζιτών δεν έχει μελετηθεί και εφαρμοστεί ευρέως.
Λόγω της χωρητικότητας των κατάλληλων ενζυμικών συστημάτων και του υψηλού κόστους παραγωγής, η ενζυμική σύνθεση αλκυλοπολυγλυκοζιτών δεν είναι έτοιμη για αναβάθμιση σε βιομηχανικό επίπεδο και προτιμώνται οι χημικές μέθοδοι.
Το 1870, ο MAcolley ανέφερε τη σύνθεση της «ακετοχλωρυδρόζης» (1, σχήμα 2) μέσω αντίδρασης δεξτρόζης (γλυκόζης) με ακετυλοχλωρίδιο, η οποία τελικά οδήγησε στην ιστορία των οδών σύνθεσης γλυκοζιτών.
Σχήμα 2. Σύνθεση αρυλογλυκοζιτών σύμφωνα με τον Michael
Τα τετρα-0-ακετυλο-γλυκοπυρανοζυλαλογονίδια (ακετοαλογονογλυκόζες) αργότερα διαπιστώθηκε ότι είναι χρήσιμα ενδιάμεσα για τη στερεοεκλεκτική σύνθεση καθαρών αλκυλογλυκοζιτών. Το 1879, ο Arthur Michael κατάφερε να παρασκευάσει οριστικούς, κρυσταλλώσιμους αρυλογλυκοζίτες από ενδιάμεσα και φαινολικά του Colley. (Aro-, Σχήμα 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 στερεοεπιλεκτική διαδικασία γλυκοζυλίωσης (Σχήμα 3). Η αντίδραση περιλαμβάνει υποκατάσταση SN2 στον ανωμερή άνθρακα και προχωρά στερεοεπιλεκτικά με αναστροφή της διαμόρφωσης, παράγοντας για παράδειγμα την α-γλυκοζίτη 4 από το β-ανωμερές του ενδιάμεσου ακεοβρωμογλυκόζης 3. Η σύνθεση Koenigs-Knorr λαμβάνει χώρα παρουσία προαγωγέων αργύρου ή υδραργύρου.
Σχήμα 3. Στερεοεπιλεκτική σύνθεση γλυκοζιτών σύμφωνα με τους Koenigs και Knorr
Το 1893, ο Emil Fischer πρότεινε μια θεμελιωδώς διαφορετική προσέγγιση στη σύνθεση αλκυλογλυκοζιτών. Αυτή η διαδικασία είναι πλέον γνωστή ως «γλυκοζυλίωση Fischer» και περιλαμβάνει μια αντίδραση γλυκόζης με αλκοόλες που καταλύεται από οξύ. Οποιαδήποτε ιστορική αναφορά θα πρέπει ωστόσο να περιλαμβάνει και την πρώτη αναφερόμενη προσπάθεια του A. Gautier το 1874, να μετατρέψει δεξτρόζη με άνυδρη αιθανόλη παρουσία υδροχλωρικού οξέος. Λόγω μιας παραπλανητικής στοιχειακής ανάλυσης, ο Gautier πίστευε ότι είχε αποκτήσει μια «διγλυκόζη». Ο Fischer αργότερα απέδειξε ότι η «διγλυκόζη» του Gautier ήταν στην πραγματικότητα κυρίως αιθυλογλυκοζίτης (Σχήμα 4).
Σχήμα 4. Σύνθεση γλυκοζιτών σύμφωνα με τον Fischer
Ο Fischer όρισε σωστά τη δομή του αιθυλογλυκοζίτη, όπως φαίνεται από τον ιστορικό προτεινόμενο φουρανοσιδικό τύπο. Στην πραγματικότητα, τα προϊόντα γλυκοζυλίωσης Fischer είναι σύνθετα, ως επί το πλείστον ισορροπίας μείγματα α/β-ανωμερών και ισομερών πυρανοζίτη/φουρανοζίτη, τα οποία περιλαμβάνουν επίσης τυχαία συνδεδεμένα ολιγομερή γλυκοζίτη.
Συνεπώς, τα μεμονωμένα μοριακά είδη δεν είναι εύκολο να απομονωθούν από τα μείγματα αντιδράσεων Fischer, κάτι που αποτελούσε 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 αλκυλογλυκοζίτη μακράς αλυσίδας που παρουσίαζε ιδιότητες επιφανειοδραστικού το 1911.
Ήδη από το 1893, ο Fischer είχε σωστά παρατηρήσει βασικές ιδιότητες των αλκυλογλυκοζιτών, όπως η υψηλή σταθερότητά τους έναντι της οξείδωσης και της υδρόλυσης, ειδικά σε ισχυρά αλκαλικά μέσα. Και τα δύο χαρακτηριστικά είναι πολύτιμα για τους αλκυλοπολυγλυκοζίτες σε εφαρμογές επιφανειοδραστικών ουσιών.
Η έρευνα σχετικά με την αντίδραση γλυκοζυλίωσης βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη και στο πρόσφατο παρελθόν έχουν αναπτυχθεί αρκετές ενδιαφέρουσες οδοί για την παραγωγή γλυκοζιτών. Ορισμένες από τις διαδικασίες για τη σύνθεση γλυκοζιτών συνοψίζονται στο Σχήμα 5.
Γενικά, οι διεργασίες χημικής γλυκοζυλίωσης μπορούν να χωριστούν σε διεργασίες που οδηγούν σε ισορροπίες σύνθετων ολιγομερών στην ανταλλαγή γλυκοζυλίων που καταλύεται από οξύ.
Σχήμα 5. Σύνοψη μεθόδων για τη σύνθεση γλυκοζιτών
Αντιδράσεις σε κατάλληλα ενεργοποιημένα υποστρώματα υδατανθράκων (γλυκοσιδικές αντιδράσεις Fischer και αντιδράσεις υδροφθορίου (HF) με μη προστατευμένα μόρια υδατανθράκων) και κινητικά ελεγχόμενες, μη αναστρέψιμες και κυρίως στερεοταξικές αντιδράσεις υποκατάστασης. Ένας δεύτερος τύπος διαδικασίας μπορεί να οδηγήσει στον σχηματισμό μεμονωμένων ειδών και όχι σε σύνθετα μείγματα αντιδράσεων, ειδικά όταν συνδυάζεται με τεχνικές διατήρησης ομάδων. Οι υδατάνθρακες μπορούν 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 γλυκοζυλίωσης σε υδροφθόριο ή σε μείγματα υδροφθορίου και πυριδίνης (πολυ[υδροφθόριο πυριδινίου]), τα γλυκοζυλοφθορίδια σχηματίζονται in situ και μετατρέπονται ομαλά σε γλυκοζίτες, για παράδειγμα με αλκοόλες. Το υδροφθόριο αποδείχθηκε ότι είναι ένα έντονα ενεργοποιητικό, μη αποικοδομήσιμο μέσο αντίδρασης. παρατηρείται αυτοσυμπύκνωση ισορροπίας (ολιγομερισμός) παρόμοια με τη διαδικασία Fischer, αν και ο μηχανισμός αντίδρασης είναι πιθανώς διαφορετικός.
Οι χημικά καθαροί αλκυλογλυκοζίτες είναι κατάλληλοι μόνο για πολύ ειδικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, οι αλκυλογλυκοζίτες έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στη βιοχημική έρευνα για την κρυστάλλωση πρωτεϊνών μεμβράνης, όπως η τρισδιάστατη κρυστάλλωση πορίνης και βακτηριοροδοψίνης παρουσία οκτυλο β-D-γλυκοπυρανοζίτη (περαιτέρω πειράματα βασισμένα σε αυτή την εργασία οδήγησαν στο βραβείο Νόμπελ Χημείας για τους Deisenhofer, Huber και Michel το 1988).
Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης αλκυλοπολυγλυκοζιτών, έχουν χρησιμοποιηθεί στερεοεκλεκτικές μέθοδοι σε εργαστηριακή κλίμακα για τη σύνθεση μιας ποικιλίας πρότυπων ουσιών και για τη μελέτη των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους. Λόγω της πολυπλοκότητάς τους, της αστάθειας των ενδιαμέσων και της ποσότητας και της κρίσιμης φύσης των αποβλήτων διεργασίας, οι 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 εφαρμογή τους σε εμπορική κλίμακα και, κατά συνέπεια, αποτελούν την προτιμώμενη μέθοδο για την παραγωγή αλκυλοπολυγλυκοζιτών σε μεγάλη κλίμακα.


Ώρα δημοσίευσης: 12 Σεπτεμβρίου 2020