Beta-D-(-)-arabinozajest ważną chiralną cząsteczką cukru o szerokiej wartości użytkowej. Ma ważne zastosowania w syntezie farmaceutycznej, dodatkach do żywności, środkach odwadniających, kosmetykach i innych dziedzinach. Dlatego istnieją różne metody syntezy Beta-D-(-)-arabinozy. W tym artykule przedstawimy głównie niektóre z głównych metod syntetycznych.
Ekstrakcja Beta-D-(-)-Arabinozy z produktów naturalnych:
Metoda ekstrakcji Beta-D-(-)-Arabinozy z produktów naturalnych jest najbardziej bezpośrednia i umożliwia uzyskanie produktów o wysokiej czystości. Najczęstszym naturalnym źródłem Beta-D-(-)-Arabinozy jest ksylan, który jest disacharydem złożonym z D-ksylozy i D-glukozy. Beta-D-(-)-Arabinoza jest jedną z jednostek strukturalnych ksylanu. Ksylan można znaleźć w ścianach komórkowych roślin, takich jak lignina, sosny rosnące w zimnych regionach itp.
Metoda ekstrakcji Beta-D-(-)-Arabinozy jest taka sama jak w przypadku ksylanu. Ogólnie rzecz biorąc, metoda kwasowa jest najczęściej stosowaną metodą ekstrakcji ksylanu. Próbkę ksylanu najpierw dodaje się do kwaśnego roztworu, ogrzewa aż do oddzielenia monomerów cukru od agregatów, następnie filtruje i przemywa. Po obróbce ksylanem beta-D-(-)-arabinoza zawarta w kwaśnym roztworze może zostać oddzielona i oczyszczona przez zobojętnienie i krystalizację.
Synteza chemiczna:
Obecnie dostępnych jest wiele skutecznych chemicznych metod syntezy Beta-D-(-)-Arabinozy. Oto kilka sposobów:
1. Droga glikogenu:
Jest to jedna z najpopularniejszych metod syntetycznych
Krok 1: Uzyskaj ksylozę od Xylan:
Synteza szlaku glikogenu Beta-D-(-)-Arabinozy rozpoczyna się od ksylozy. Ksyloza to sześciowęglowy cukier powszechnie obecny w ścianach komórkowych roślin i można go uzyskać poprzez hydrolizę ksylanu (zwykle ekstrahowanego z roślin).
Ksylan plus H2O → Ksyloza plus inne cukry
Ksylan jest polisacharydem złożonym z wielu cząsteczek ksylozy i jest zwykle bezbarwną lub brązową substancją proszkową. Reakcja hydrolizy musi być katalizowana kwasem lub enzymem, a do reakcji hydrolizy zwykle stosuje się katalizator kwasowy. Po hydrolizie ksylozę można wykorzystać do syntezy Beta-D-(-)-Arabinozy.
Krok 2: Przekształć ksylozę w L-arabinozę:
Konwersja ksylozy do L-arabinozy jest kluczowym etapem syntezy Beta-D-(-)-arabinozy na drodze glikogenu. Proces ten wymaga użycia zestawu enzymów katalizujących serię reakcji, które przekształcają ksylozę w arabinozę.
Najpierw ksyloza jest przekształcana w D-ksylozę ketozę w reakcji katalitycznej.
Ksyloza plus ATP → D-ksyloza ketoza plus ADP
Po drugie, ketoza D-ksylozowa zostanie przekształcona w ketozę L-ksylozową w wyniku reakcji izomeryzacji.
Ketuloza D-ksylozy → Ketuloza L-ksylozy
Następnie reakcję katalizowaną przez L-ksylozę-gluzydazę poddano cyklizacji Coopera, otrzymując L-arabino-deoksy-heks-2-ulonian.
Ketoza L-ksylozowa → Kwas L-arabinuronowy
Wreszcie, pod działaniem kwasu arabinuronowego, należy użyć NADPH i glukozydazy do redukcji kwasu arabinuronowego do L-arabinozy.
Kwas L-arabinuronowy plus NADPH plus H plus → L-arabinoza plus NADP plus
Krok trzeci: przekształcenie L-arabinozy w Beta-D-(-)-Arabinozę:
Konwersja L-arabinozy do Beta-D-(-)-arabinozy wymaga zestawu enzymów katalizujących reakcję.
Najpierw L-arabinoza jest fosforylowana, tworząc -6-fosforan arabinozy.
L-arabinoza plus ATP → arabinoza-6-fosforan plus ADP
Następnie reakcja hydrolizy przekształca -6-fosforan arabinozy w beta-D-(-)-arabinozo-5-fosforan (fosforan beta-D-(-)-arabinozy-5-).
Arabinoza-6-fosforan plus H2O → Beta-D-(-)-arabinoza-5-fosforan
Ostatecznie beta-D-(-)-arabinoza-5-fosforan ulega defosforylacji, tworząc beta-D-(-)-arabinozę.
Beta-D-(-)-arabinoza-5-fosforan → Beta-D-(-)-arabinoza plus Pi
Synteza szlaku glikogenu Beta-D-(-)-Arabinozy rozpoczyna się od ksylozy. Najpierw ksyloza jest otrzymywana z ksylanu, następnie ksyloza jest przekształcana w L-arabinozę, a na końcu L-arabinoza jest przekształcana w Beta-D-(-)-Arabinozę. Proces ten wymaga zastosowania wielu reakcji katalizowanych przez enzymy, z których każda jest krytyczna. Dzięki tej metodzie syntezy można otrzymać wysoce wydajną, ekonomiczną i czystą Beta-D-(-)-Arabinozę, co daje solidne podstawy do jej zastosowań w biologii, medycynie i syntezie chemicznej.
2. Reakcja rycerza:
Metoda, opracowana w latach czterdziestych XX wieku, wymaga jako materiału wyjściowego polichlorowanych węglowodorów aromatycznych. W reakcji Knighta polichlorowane węglowodory aromatyczne poddaje się reakcji z mieszaniną kwasu i detergentu, a następnie razem z mieszaniną dodaje się Obenzylo-D-arabinozę. Po serii etapów syntetyzuje się Beta-D-(-)-arabinoza.
Konkretne kroki są następujące:
Krok 1: Aby przygotować Beta-D-(-)-arabinozę, musimy najpierw przygotować cukier Beta-D-(-)-arabinozy i wstępnie dodane odczynniki, a natlenianie jest jedną z najczęstszych metod produkcji. Składa się z dwóch etapów: najpierw metylo-D-glukofuranozyd ulega reakcji aromatyzacji w obecności soli jodowej, w wyniku czego otrzymuje się pochodne 4,6-}O-metyloanizolu; następnie aromatyzuje w pozycji 5- kąta O Reakcja strukturalna, a następnie redukuje się, otrzymując Beta-D-(-)-arabinozę.
Krok 2: Przygotuj odczynniki i rozpuszczalniki wymagane do reakcji Knighta. Należy przygotować butelkę roztworu zawierającą 30ml 50% kwasu octowego i 10g cukru Beta-D-(-)-arabinozy i na tej podstawie przystąpić do dalszych czynności.
Krok 3: Dodaj kwas siarkowy jako katalizator kwasowy. Przed dodaniem kwaśnego katalizatora do probówki należy dodać 100 ml etanolu, a następnie 0,1 ml stężonego kwasu siarkowego.
Krok 4: Dodaj kwas borowy w warunkach chłodzenia. Po ochłodzeniu układu rozpuszczalników do temperatury pokojowej dodano 15 0 ml izopropanolu, a następnie dodano 0,1 ml kwasu borowego i delikatnie mieszano.
Krok piąty: Ogrzewanie reakcyjne. Ogrzewać w łaźni olejowej o stałej temperaturze przez około 40 do 50 minut, aby całkowicie przereagować aldozę w roztworze i wytworzyć produkt w postaci estru enolowego cukru.
Etap 6: Uwodornienie katalityczne. Po zakończeniu reakcji probówkę wyjęto z łaźni olejowej i pozostawiono do ostygnięcia do temperatury pokojowej. Następnie dodaj 1 mililitr n-heptanu i 0,05 mililitra roztworu wolframianu sodu, aby przeprowadzić reakcję katalitycznego uwodornienia, często trzeba czekać kilka dni.
Krok 7: Wyodrębnij produkt. Produkt ekstrahowano z roztworu metodą zanurzeniową, a produkt zidentyfikowano i scharakteryzowano metodami takimi jak spektroskopia w nadfiolecie, spektroskopia w podczerwieni i jądrowy rezonans magnetyczny, oraz wydedukowano strukturę produktu reakcji.
3. Reakcja glikozydacji:
Ta metoda jest również bardzo popularna, a jej surowcem jest D-ksylozyd. Najpierw poddaj reakcji D-ksylozyd i metanol pod działaniem katalizatora, aby otrzymać Obenzylo-D-arabinozę. Następnie Obenzylo-D-arabinozę poddaje się reakcji z utlenionym NaIO4 w obecności substratu, po czym dodaje się suche czwartorzędowe sole amoniowe, otrzymując w ten sposób Beta-D-(-)-arabinozę.
Jednym słowem, Beta-D-(-)-Arabinozę można zsyntetyzować kilkoma metodami wymienionymi powyżej, każda metoda ma swoje zalety i wady, a różne metody można wybrać w zależności od różnych rzeczywistych potrzeb.