Beta-D-(-)-Arabinosioè un'importante molecola di zucchero chirale con un ampio valore applicativo. Ha importanti applicazioni nella sintesi farmaceutica, negli additivi alimentari, negli agenti disidratanti, nei cosmetici e in altri campi. Pertanto, esistono vari metodi per sintetizzare il beta-D-(-)-arabinosio. Questo articolo introdurrà principalmente alcuni dei principali metodi sintetici.
Estrazione di Beta-D-(-)-Arabinosio da prodotti naturali:
Il metodo di estrazione del Beta-D-(-)-Arabinosio dai prodotti naturali è il più diretto e permette di ottenere prodotti di elevata purezza. La fonte naturale più comune di Beta-D-(-)-Arabinosio è lo xilano, che è un disaccaride composto da D-xilosio e D-glucosio. Il beta-D-(-)-arabinosio è una delle unità strutturali dello xilano. Xylan può essere trovato nelle pareti delle cellule vegetali come la lignina, i pini che crescono nelle regioni fredde, ecc.
Il metodo di estrazione del Beta-D-(-)-Arabinosio è lo stesso di quello dello xilano. In generale, il metodo acido è il metodo di estrazione con xilano più comunemente utilizzato. Un campione di xilano viene dapprima addizionato ad una soluzione acida, riscaldata fino al distacco dei monomeri zuccherini dagli aggregati, quindi filtrata e lavata. Dopo il trattamento con xilano, il Beta-D-(-)-Arabinosio contenuto nella soluzione acida può essere separato e purificato mediante neutralizzazione e cristallizzazione.
Sintesi chimica:
Attualmente sono disponibili molti metodi chimici efficaci per la sintesi del Beta-D-(-)-Arabinosio. Ecco alcuni modi:
1. Via del glicogeno:
Questo è uno dei metodi sintetici più comuni
Passaggio 1: ottenere xilosio da Xylan:
La sintesi della via del glicogeno del Beta-D-(-)-Arabinosio parte dallo xilosio. Lo xilosio è uno zucchero a sei atomi di carbonio ubiquitariamente presente nelle pareti cellulari delle piante e può essere ottenuto idrolizzando lo xilano (solitamente estratto dalle piante).
Xylan più H2O → Xilosio più altri zuccheri
Xylan è un polisaccaride composto da più molecole di xilosio ed è solitamente una sostanza polverosa incolore o marrone. La reazione di idrolisi deve essere catalizzata da un acido o da un enzima e per la reazione di idrolisi viene solitamente utilizzato un catalizzatore acido. Dopo l'idrolisi, lo xilosio può essere utilizzato per sintetizzare il Beta-D-(-)-Arabinosio.
Passaggio 2: conversione dello xilosio in L-arabinosio:
La conversione dello xilosio in L-arabinosio è un passaggio chiave nella sintesi del Beta-D-(-)-Arabinosio attraverso la via del glicogeno. Questo processo richiede l'uso di un insieme di enzimi per catalizzare una serie di reazioni che convertono lo xilosio in arabinosio.
Innanzitutto, lo xilosio viene convertito in D-xilosio chetosio attraverso una reazione catalitica.
Xilosio più ATP → D-xilosio chetosio più ADP
In secondo luogo, il D-xilosio chetosio sarà trasformato in L-xilosio chetosio attraverso la reazione di isomerizzazione.
D-xilosio chetolosio → L-xilosio chetolosio
Quindi, la reazione catalizzata dalla L-xilosio glusidasi è stata sottoposta a ciclizzazione di Cooper per ottenere L-arabino-deossi-es-2-ulonato.
L-xilosio chetosio → acido L-arabinuronico
Infine, sotto l'azione dell'acido arabinuronico, utilizzare NADPH e glucosidasi per ridurre l'acido arabinuronico a L-arabinosio.
Acido L-arabinuronico più NADPH più H più → L-arabinosio più NADP più
Il terzo passo: convertire L-arabinosio in Beta-D-(-)-Arabinosio:
La conversione di L-arabinosio in beta-D-(-)-arabinosio richiede un insieme di enzimi per catalizzare la reazione.
Innanzitutto, l'L-arabinosio viene fosforilato per formare arabinosio-6-fosfato.
L-arabinosio più ATP → arabinosio-6-fosfato più ADP
Quindi, una reazione di idrolisi converte l'arabinosio-6-fosfato in beta-D-(-)-arabinosio-5-fosfato (Beta-D-(-)-arabinosio-5-fosfato).
Arabinosio-6-fosfato più H2O → Beta-D-(-)-arabinosio-5-fosfato
Infine, il beta-D-(-)-arabinosio-5-fosfato subisce la defosforilazione per formare il beta-D-(-)-arabinosio.
Beta-D-(-)-arabinosio-5-fosfato → Beta-D-(-)-arabinosio più Pi
La sintesi della via del glicogeno del Beta-D-(-)-Arabinosio parte dallo xilosio. In primo luogo, lo xilosio viene ottenuto dallo xilano, quindi lo xilosio viene convertito in L-arabinosio e infine l'L-arabinosio viene convertito in beta-D-(-)-arabinosio. Questo processo richiede l'uso di più reazioni catalizzate da enzimi, ognuna delle quali è critica. Attraverso questo metodo di sintesi è possibile ottenere Beta-D-(-)-Arabinosio altamente efficiente, economico e puro, che fornisce una solida base per la sua applicazione nei campi della biologia, della medicina e della sintesi chimica.
2. La reazione di Knight:
Il metodo, sviluppato negli anni '40, richiede idrocarburi aromatici policlorurati come materiale di partenza. Nella reazione di Knight, gli idrocarburi aromatici policlorurati vengono fatti reagire con una miscela di acido e detergente, quindi viene aggiunto Obenzil-D-arabinosio insieme alla miscela. Dopo una serie di passaggi, viene sintetizzato il Beta-D-(-)-Arabinosio.
I passaggi specifici sono i seguenti:
Passaggio 1: per preparare il Beta-D-(-)-Arabinosio, dobbiamo prima preparare lo zucchero Beta-D-(-)-Arabinosio e i reagenti pre-aggiunti e l'ossigenazione è uno dei metodi di produzione più comuni. Si compone di due fasi: in primo luogo, il metil-D-glucofuranoside subisce una reazione di aromatizzazione in presenza di sale di iodio per ottenere 4,6-O-metilanisolo derivati; quindi aromatizza alla 5-posizione dell'angolo O Reazione strutturata, quindi ridotta per ottenere Beta-D-(-)-Arabinosio.
Passaggio 2: preparare i reagenti e i solventi necessari per la reazione di Knight. È necessario preparare un flacone di soluzione contenente 30 ml di acido acetico al 50% e 10 g di zucchero Beta-D-(-)-Arabinosio, e su questa base procedere alle fasi successive.
Passaggio 3: aggiungere acido solforico come catalizzatore acido. Prima di aggiungere il catalizzatore acido, aggiungere 100 ml di etanolo nella provetta, seguito da 0,1 ml di acido solforico concentrato.
Passaggio 4: aggiungere acido borico in condizioni di raffreddamento. Dopo che il sistema solvente è stato raffreddato a temperatura ambiente, sono stati aggiunti 150 ml di isopropanolo, quindi sono stati aggiunti 0,1 ml di acido borico e si è agitato delicatamente.
Fase cinque: riscaldamento della reazione. Riscaldare in un bagno d'olio a temperatura costante per circa 40-50 minuti per far reagire completamente l'aldosio nella soluzione per produrre un prodotto di estere enolico dello zucchero.
Passaggio 6: idrogenazione catalitica. Al termine della reazione, la provetta è stata estratta dal bagno d'olio e lasciata raffreddare a temperatura ambiente. Quindi aggiungere 1 millilitro di n-eptano e 0.05 millilitro di soluzione di tungstato di sodio per eseguire la reazione di idrogenazione catalitica, spesso è necessario attendere diversi giorni.
Passaggio 7: estrarre il prodotto. Il prodotto è stato estratto dalla soluzione mediante metodo di immersione, e il prodotto è stato identificato e caratterizzato mediante metodi quali spettroscopia ultravioletta, spettroscopia infrarossa e risonanza magnetica nucleare, ed è stata dedotta la struttura del prodotto di reazione.
3. Reazione di glicosidazione:
Anche questo metodo è molto popolare e la sua materia prima è il D-xiloside. In primo luogo, reagire D-xiloside e metanolo sotto l'azione di un catalizzatore per ottenere Obenzil-D-arabinosio. Successivamente, l'obenzil-D-arabinosio viene fatto reagire con NaIO4 ossidato in presenza del substrato, seguita dall'aggiunta di sali di ammonio quaternario secchi, ottenendo così il beta-D-(-)-arabinosio.
In una parola, il Beta-D-(-)-Arabinosio può essere sintetizzato con diversi metodi sopra menzionati, ogni metodo ha i suoi vantaggi e svantaggi e diversi metodi possono essere selezionati in base alle diverse esigenze effettive.