Beta-D-(-)-arabinózaje dôležitá molekula chirálneho cukru so širokou aplikačnou hodnotou. Má dôležité aplikácie vo farmaceutickej syntéze, potravinárskych prísadách, dehydratačných činidlách, kozmetike a iných oblastiach. Preto existujú rôzne spôsoby syntézy beta-D-(-)-arabinózy. Tento článok predstaví hlavne niektoré z hlavných syntetických metód.
Extrakcia Beta-D-(-)-arabinózy z prírodných produktov:
Metóda extrakcie beta-D-(-)-arabinózy z prírodných produktov je najpriamejšia a môže získať produkty vysokej čistoty. Najbežnejším prírodným zdrojom Beta-D-(-)-arabinózy je xylán, čo je disacharid zložený z D-xylózy a D-glukózy. Beta-D-(-)-arabinóza je jednou zo štruktúrnych jednotiek xylánu. Xylan možno nájsť v stenách rastlinných buniek, ako je lignín, borovice, ktoré rastú v chladných oblastiach atď.
Metóda extrakcie beta-D-(-)-arabinózy je rovnaká ako metóda extrakcie xylánu. Vo všeobecnosti je kyslá metóda najbežnejšie používanou metódou extrakcie xylánu. Vzorka xylánu sa najskôr pridá do kyslého roztoku, zahrieva sa, kým sa monoméry cukru neoddelia od agregátov, potom sa prefiltruje a premyje. Po spracovaní xylánom môže byť beta-D-(-)-arabinóza obsiahnutá v kyslom roztoku oddelená a čistená neutralizáciou a kryštalizáciou.
Chemická syntéza:
V súčasnosti je k dispozícii mnoho účinných chemických metód na syntézu beta-D-(-)-arabinózy. Tu je niekoľko spôsobov:
1. Glykogénová cesta:
Toto je jedna z najbežnejších syntetických metód
Krok 1: Získajte xylózu z Xylánu:
Syntéza beta-D-(-)-arabinózy glykogénom začína z xylózy. Xylóza je šesťuhlíkový cukor všadeprítomný v stenách rastlinných buniek a možno ho získať hydrolýzou xylánu (zvyčajne extrahovaného z rastlín).
Xylan plus H2O → Xylóza plus iné cukry
Xylan je polysacharid zložený z viacerých molekúl xylózy a zvyčajne je to bezfarebná alebo hnedá prášková látka. Hydrolytická reakcia musí byť katalyzovaná kyselinou alebo enzýmom a na hydrolytickú reakciu sa zvyčajne používa kyslý katalyzátor. Po hydrolýze môže byť xylóza použitá na syntézu beta-D-(-)-arabinózy.
Krok 2: Premeňte xylózu na L-arabinózu:
Konverzia xylózy na L-arabinózu je kľúčovým krokom v syntéze Beta-D-(-)-arabinózy cestou glykogénu. Tento proces vyžaduje použitie súboru enzýmov na katalyzovanie série reakcií, ktoré premieňajú xylózu na arabinózu.
Najprv sa xylóza premení na D-xylózu ketózu prostredníctvom katalytickej reakcie.
Xylóza plus ATP → D-xylóza ketóza plus ADP
Po druhé, D-xylózaketóza bude transformovaná na L-xylózaketózu prostredníctvom izomerizačnej reakcie.
D-xylóza ketulóza → L-xylóza ketulóza
Potom sa reakcia katalyzovaná L-xylózagluzidázou podrobila Cooperovej cyklizácii, čím sa získal L-arabino-deoxy-hex-2-ulonát.
L-xylózaketóza → kyselina L-arabinurónová
Nakoniec pod pôsobením kyseliny arabinurónovej použite NADPH a glukozidázu na redukciu kyseliny arabinurónovej na L-arabinózu.
Kyselina L-arabinurónová plus NADPH plus H plus → L-arabinóza plus NADP plus
Tretí krok: premena L-arabinózy na Beta-D-(-)-arabinózu:
Konverzia L-arabinózy na Beta-D-(-)-arabinózu vyžaduje súbor enzýmov na katalyzovanie reakcie.
Po prvé, L-arabinóza je fosforylovaná za vzniku arabinóza-6-fosfátu.
L-arabinóza plus ATP → arabinóza-6-fosfát plus ADP
Potom hydrolytická reakcia premení arabinóza-6-fosfát na beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát (beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát).
Arabinóza-6-fosfát plus H2O → Beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát
Nakoniec beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát podlieha defosforylácii za vzniku beta-D-(-)-arabinózy.
Beta-D-(-)-arabinóza-5-fosfát → Beta-D-(-)-arabinóza plus Pi
Syntéza beta-D-(-)-arabinózy glykogénom začína z xylózy. Najprv sa z xylánu získa xylóza, potom sa xylóza premení na L-arabinózu a nakoniec sa L-arabinóza premení na Beta-D-(-)-arabinózu. Tento proces vyžaduje použitie viacerých enzýmovo katalyzovaných reakcií, z ktorých každá je kritická. Prostredníctvom tejto metódy syntézy je možné získať vysoko účinnú, ekonomickú a čistú Beta-D-(-)-arabinózu, ktorá poskytuje pevný základ pre jej aplikáciu v oblasti biológie, medicíny a chemickej syntézy.
2. Rytierova reakcia:
Metóda vyvinutá v 40. rokoch minulého storočia vyžaduje ako východiskový materiál polychlórované aromatické uhľovodíky. Pri Knightovej reakcii reagujú polychlórované aromatické uhľovodíky so zmesou kyseliny a detergentu a potom sa spolu so zmesou pridá Obenzyl-D-arabinóza. Po sérii krokov sa syntetizuje beta-D-(-)-arabinóza.
Konkrétne kroky sú nasledovné:
Krok 1: Na prípravu beta-D-(-)-arabinózy musíme najskôr pripraviť cukor beta-D-(-)-arabinózu a vopred pridané činidlá a okysličovanie je jednou z najbežnejších výrobných metód. Pozostáva z dvoch stupňov: po prvé, metyl-D-glukofuranozid podstúpi aromatizačnú reakciu v prítomnosti jódovej soli, čím sa získajú 4,6-0-metylanizolové deriváty; potom aromatizuje pri štruktúrovanej reakcii v polohe 5-uhla O a potom sa redukuje, čím sa získa beta-D-(-)-arabinóza.
Krok 2: Pripravte si činidlá a rozpúšťadlá potrebné pre Knightovu reakciu. Je potrebné pripraviť fľaštičku roztoku obsahujúcu 30 ml 50% kyseliny octovej a 10g cukru Beta-D-(-)-arabinózy a na tomto základe pristúpiť k nasledujúcim krokom.
Krok 3: Pridajte kyselinu sírovú ako kyslý katalyzátor. Pred pridaním kyslého katalyzátora by sa malo do skúmavky pridať 10}0 ml etanolu a následne 0,1 ml koncentrovanej kyseliny sírovej.
Krok 4: Pridajte kyselinu boritú za podmienok chladenia. Po ochladení systému rozpúšťadiel na teplotu miestnosti sa pridalo 150 ml izopropanolu a potom sa pridalo 0,1 ml kyseliny boritej a zmes sa jemne miešala.
Krok 5: Reakčné zahrievanie. Zahrievajte v olejovom kúpeli s konštantnou teplotou asi 40 až 50 minút, aby sa aldóza v roztoku úplne zreagovala za vzniku produktu esteru cukru enol.
Krok 6: Katalytická hydrogenácia. Po dokončení reakcie sa skúmavka vybrala z olejového kúpeľa a nechala sa ochladiť na teplotu miestnosti. Potom pridajte 1 mililiter n-heptánu a 0,05 mililitra roztoku volfrámu sodného, aby ste vykonali katalytickú hydrogenačnú reakciu, často sa musí čakať niekoľko dní.
Krok 7: Extrahujte produkt. Produkt bol extrahovaný z roztoku metódou ponorenia a produkt bol identifikovaný a charakterizovaný metódami, ako je ultrafialová spektroskopia, infračervená spektroskopia a nukleárna magnetická rezonancia, a bola odvodená štruktúra reakčného produktu.
3. Glykozidačná reakcia:
Táto metóda je tiež veľmi populárna a jej surovinou je D-xylozid. Najprv sa nechá reagovať D-xylozid a metanol za pôsobenia katalyzátora, čím sa získa Obenzyl-D-arabinóza. Ďalej Obenzyl-D-arabinóza reaguje s oxidovaným NaI04 v prítomnosti substrátu, po čom nasleduje pridanie suchých kvartérnych amóniových solí, čím sa získa beta-D-(-)-arabinóza.
Jedným slovom, Beta-D-(-)-arabinóza môže byť syntetizovaná niekoľkými vyššie uvedenými metódami, pričom každá metóda má svoje výhody a nevýhody a rôzne metódy je možné zvoliť podľa rôznych skutočných potrieb.