Beta-D-(-)-arabinózaje důležitou molekulou chirálního cukru s širokou aplikační hodnotou. Má důležité aplikace ve farmaceutické syntéze, potravinářských přídatných látkách, dehydratačních činidlech, kosmetice a dalších oblastech. Proto existují různé metody syntézy beta-D-(-)-arabinózy. Tento článek představí především některé z hlavních syntetických metod.
Extrakce Beta-D-(-)-arabinózy z přírodních produktů:
Metoda extrakce Beta-D-(-)-arabinózy z přírodních produktů je nejpřímější a může získat produkty vysoké čistoty. Nejběžnějším přírodním zdrojem Beta-D-(-)-arabinózy je xylan, což je disacharid složený z D-xylózy a D-glukózy. Beta-D-(-)-arabinóza je jednou ze strukturních jednotek xylanu. Xylan lze nalézt ve stěnách rostlinných buněk, jako je lignin, borovice, které rostou v chladných oblastech atd.
Metoda extrakce Beta-D-(-)-arabinózy je stejná jako u xylanu. Obecně je kyselá metoda nejběžněji používanou metodou extrakce xylanu. Vzorek xylanu se nejprve přidá do kyselého roztoku, zahřívá se, dokud se monomery cukru neoddělí od agregátů, poté se zfiltruje a promyje. Po ošetření xylanem může být beta-D-(-)-arabinóza obsažená v kyselém roztoku oddělena a čištěna neutralizací a krystalizací.
Chemická syntéza:
V současné době je k dispozici mnoho účinných chemických metod pro syntézu Beta-D-(-)-arabinózy. Zde je několik způsobů:
1. Glykogenová cesta:
Jedná se o jednu z nejběžnějších syntetických metod
Krok 1: Získejte xylózu z Xylanu:
Glykogenová cesta syntézy Beta-D-(-)-arabinózy začíná z xylózy. Xylóza je šestiuhlíkový cukr všudypřítomný ve stěnách rostlinných buněk a lze jej získat hydrolýzou xylanu (obvykle extrahovaného z rostlin).
Xylan plus H2O → Xylóza plus další cukry
Xylan je polysacharid složený z více molekul xylózy a je to obvykle bezbarvá nebo hnědá prášková látka. Hydrolytická reakce musí být katalyzována kyselinou nebo enzymem a pro hydrolytickou reakci se obvykle používá kyselý katalyzátor. Po hydrolýze lze xylózu použít k syntéze beta-D-(-)-arabinózy.
Krok 2: Převeďte xylózu na L-arabinózu:
Konverze xylózy na L-arabinózu je klíčovým krokem v syntéze Beta-D-(-)-arabinózy cestou glykogenu. Tento proces vyžaduje použití sady enzymů, které katalyzují sérii reakcí, které přeměňují xylózu na arabinózu.
Nejprve se xylóza katalytickou reakcí přemění na D-xylózu ketózu.
Xylóza plus ATP → D-xylóza ketóza plus ADP
Za druhé, D-xylóza ketóza bude transformována na L-xylóza ketóza prostřednictvím izomerizační reakce.
D-xylóza ketulóza → L-xylóza ketulóza
Poté byla reakce katalyzovaná L-xylóza glusidázou podrobena Cooperově cyklizaci za zisku L-arabino-deoxy-hex-2-ulonátu.
L-xylóza ketóza → kyselina L-arabinuronová
Nakonec za působení kyseliny arabinuronové použijte NADPH a glukosidázu k redukci kyseliny arabinuronové na L-arabinózu.
Kyselina L-arabinuronová plus NADPH plus H plus → L-arabinóza plus NADP plus
Třetí krok: přeměna L-arabinózy na Beta-D-(-)-arabinózu:
Konverze L-arabinózy na Beta-D-(-)-arabinózu vyžaduje sadu enzymů, které katalyzují reakci.
Nejprve je L-arabinóza fosforylována za vzniku arabinóza-6-fosfátu.
L-arabinóza plus ATP → arabinóza-6-fosfát plus ADP
Poté hydrolytická reakce převede arabinóza-6-fosfát na beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát (beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát).
Arabinóza-6-fosfát plus H2O → Beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát
Nakonec beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát prochází defosforylací za vzniku beta-D-(-)-arabinózy.
Beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát → Beta-D-(-)-arabinóza plus Pi
Glykogenová cesta syntézy Beta-D-(-)-arabinózy začíná z xylózy. Nejprve se xylóza získá z xylanu, poté se xylóza přemění na L-arabinózu a nakonec se L-arabinóza přemění na Beta-D-(-)-arabinózu. Tento proces vyžaduje použití více enzymaticky katalyzovaných reakcí, z nichž každá je kritická. Prostřednictvím této metody syntézy lze získat vysoce účinnou, ekonomickou a čistou Beta-D-(-)-arabinózu, která poskytuje pevný základ pro její použití v oblastech biologie, medicíny a chemické syntézy.
2. Rytířova reakce:
Metoda vyvinutá ve 40. letech minulého století vyžaduje jako výchozí materiál polychlorované aromatické uhlovodíky. Při Knightově reakci reagují polychlorované aromatické uhlovodíky se směsí kyseliny a detergentu a poté se společně se směsí přidá Obenzyl-D-arabinóza. Po sérii kroků se syntetizuje beta-D-(-)-arabinóza.
Konkrétní kroky jsou následující:
Krok 1: K přípravě Beta-D-(-)-arabinózy musíme nejprve připravit beta-D-(-)-arabinózu a předem přidaná činidla a oxygenace je jednou z nejběžnějších výrobních metod. Skládá se ze dvou stupňů: nejprve methyl-D-glukofuranosid podstoupí aromatizační reakci v přítomnosti soli jódu za získání 4,6-O-methylanisolových derivátů; poté aromatizuje v 5-poloze O-úhel strukturované reakce a poté se redukuje za získání beta-D-(-)-arabinózy.
Krok 2: Připravte činidla a rozpouštědla potřebná pro Knightovu reakci. Je nutné připravit lahvičku roztoku obsahující 30 ml 50% kyseliny octové a 10g cukru Beta-D-(-)-arabinóza a na tomto základě přistoupit k dalším krokům.
Krok 3: Přidejte kyselinu sírovou jako kyselý katalyzátor. Před přidáním kyselého katalyzátoru je třeba do zkumavky přidat 10}0 ml ethanolu a poté 0,1 ml koncentrované kyseliny sírové.
Krok 4: Přidejte kyselinu boritou za podmínek chlazení. Poté, co byl systém rozpouštědel ochlazen na teplotu místnosti, bylo přidáno 150 ml isopropanolu a poté bylo přidáno 0,1 ml kyseliny borité a směs byla mírně míchána.
Krok 5: Reakční ohřev. Zahřívejte v olejové lázni s konstantní teplotou po dobu asi 40 až 50 minut, aby došlo k úplné reakci aldózy v roztoku za vzniku cukerného enolesterového produktu.
Krok 6: Katalytická hydrogenace. Po dokončení reakce byla zkumavka vyjmuta z olejové lázně a ponechána vychladnout na teplotu místnosti. Poté přidejte 1 mililitr n-heptanu a 0,05 mililitru roztoku wolframanu sodného, aby se provedla katalytická hydrogenační reakce, často se musí čekat několik dní.
Krok 7: Extrahujte produkt. Produkt byl z roztoku extrahován metodou ponoření a produkt byl identifikován a charakterizován metodami, jako je ultrafialová spektroskopie, infračervená spektroskopie a nukleární magnetická rezonance, a byla odvozena struktura reakčního produktu.
3. Glykosidační reakce:
Tato metoda je také velmi oblíbená a její surovinou je D-xylosid. Nejprve se nechá reagovat D-xylosid a methanol za působení katalyzátoru, čímž se získá Obenzyl-D-arabinóza. Dále Obenzyl-D-arabinóza reaguje s oxidovaným NaI04 v přítomnosti substrátu, následuje přidání suchých kvartérních amoniových solí, čímž se získá Beta-D-(-)-arabinóza.
Jedním slovem, Beta-D-(-)-arabinóza může být syntetizována několika výše uvedenými metodami, každá metoda má své výhody a nevýhody a různé metody lze vybrat podle různých skutečných potřeb.