Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

я группа должна быть защищена; как правило, приходится также защищать и те гидроксильные группы, которые не должны быть окислены. Избирательное окисление первичных спиртовых групп в моносахаридах может быть достигнуто применением платиновых катализаторов, в результате образуются уроновые кислоты.

Окисление вторичных спиртовых групп обычно проводится у избирательно защищенных производных; в качестве окислителей используются оксид хрома (VI) в пиридине, диметилсульфоксид в уксусном ангидриде или тетраоксид рутения

Me

Важное значение для выяснения строения Сахаров имеет реакция избирательного окисления a-гликольной группировки, которая протекает под действием йодной кислоты и периодатов.

Кроме a-гликолей, окислению периодатом подвергаются а-гид-роксикарбонильные соединения, a-аминоспирты, а-кетоальдегиды и ос-дикетоны.

R

I

неон

I

неон

I

R'

R

I

HC

455

10; ——

+ H.O J- IO,

HC R'

На окисление каждой а-гликольной группировки расходуется I моль НЮи при этом из первичной спиртовой группы образуется формальдегид, а из среднего звена 1, 2, 3-трнольной группировки — муравьиная кислота.*Реакция протекает через стадию образования пятнчленного цикла, получающегося в результате присоединения к диолькой группировке гидратированной формы йодной кислоты.

Поскольку реакция проходнт количественно, она широко используется при анализе моно-, олиго- и полисахаридов. В зависимости от строения углевода окисление протекает н ризн му Так например, окисление метил а О-глюкопиранозидн идет с выделением муравьиной кислоты и требует 2 моля йодной кислоты; при окислении 4-дезокснпроизводного а D-мстилглюкозида расходуется ] моль йодной кислоты, а его 3-деэоксипроизводное ие подвергается окислению

Строение углеводов и углеводсодержащих биополимеров

R

I

неон

I

с—о

I

неон I

R1

НС о

R I

неон он

R'

R

I

НС—О НСООН

СН ОН

* Тон

СН он а-О,

сно

X

+ нсоон

'ОМе

сно

М тил-а-Р-глюкопираноэнд

СН,ОН

СН.ОН

'ОМе СНО сно

Метил 4-дезокси-а-0-глюиопиранозид СН,ОН

он

R

I

неон

I

HCNH;

R

I

НС,

НС' R1

Метил-Э-дезомси-а-О-глюкопиранозид

В результате по расходу йодной кислоты и составу продуктов реакции можно судить о строении исходного сахара-

456

Углеводы

Подобно йодной кислоте и ее солям действует на а-гликолыные группировки тетраацетат свинца:

R

т <

НСОН о

1и 4 РМОАс),- - РЬ(ОАс)2+2АсОН

мсон о I, нс

R

R1

Однако если окисление периодатом проводят в водной среде, то окисление тетраацетатом свинца — в уксусной кислоте, бензоле или хлороформе, что позволяет вводить в реакцию соединения, нерастворимые в воде.

Реакции гидроксильных групп. Моносахаридам саойственны все реакции, характерные для гидроксил содержащих соединений: они образуют сложные и простые эфиры, ацетали и кетали подвергаются реакциям замещения и элиминирования. Благодаря присутствию наряду с гидроксильными группами карбонильной функции некоторые из этих реакций протекают с большей легкостью, чем с обычными спиртами.

Сахара дают сложные эфиры как с органическими, так и с неорганическими кислотами (ацетаты, бензоаты, трифторацетаты, карбонаты). Сложноэфирные группировки легко вводятся и легко удаляются, что позволяет широко использовать их в качестве защитных группировок при синтезе углеводов.

Широкое применение нашло ацетилирование. Его обычно проводят с помощью уксусного ангидрида в пиридине (при охлаждении) или в присутствии ацетата натрия (при нагревании). При избытке ангидрида образуются полные ацетаты. Если же берется рассчитанное количество ацилирующего агента, то при проведении реакции в пиридине можно получать производные, избирательно ацетнлированные по отдельным гидроксилам. В первую очередь реагирует первичная спиртовая группа (при С-6 в гексозах), затем гидроксилы при С-2, С-3 и наиболее трудно при С-4. Однако при избирательном ацилировании (особенно при ацетилировании) надо считаться с возможностью миграции ацильных группировок.

Удаление ацильных групп достигается обработкой сахарида абсолютным метанолом в присутствии алкоголятов металлов или триэтиламина.

В последние годы применение в синтезе находят хлорацетиль-ные производные, получающиеся при обработке Сахаров ангидридом или хлорангидридом хлоруксуснон кислоты в симметричном кил лидине. Главное достоинство хлорацетильной защитной группировки — возможность ее количественного селективного удаления действием тиомочевины, т. е. в условиях, при которых не затрагиваются ацетильные группы.

В химии углеводов широко используются также эфиры сульфо-кислот, в частности толуолсульфокислоты (тозилаты) и метансуль-

фокислоты (меэилаты). Если мезилирование, как правило, может 457

быть проведено по всем гидроксилам, то тозилнрование в обычных -

условиях (т. е. в пиридине при охлаждении) идет лишь по гидрок- Строение углеводов

силу при С-6 и углеводсодержащих

биополимеров

Регенерация исходных моносахаридов нз нх сульфонатоа может быть достигнута гидрированием над никелем Ренея, действием алюмогидрида лития и т, п., однако чаще эти сложные эфиры используются для дальнейших превращений.

Действительно, тоэилокси- н мезилоксигруппы легко подвергаются нуклеофиль-ному замещению, что дает возможность получать различные производные Сахаров, например гало ген производные

Замещение при вторичном гидроке иле протекает с большим трудом и сопровождается обращением конфи.урацин

ч у СН*

NHAc

КВг

458

Углеводы

Если использовать в качестве атакующей нэоилок игру пу можно перейти от одного моносахарида к другому

CHaOBz CH^OBz Jt—O.OBZ Na

OBz OBz

Кун IKuhn) Рихард (1900—1967), немецкий химии и биохимик. Окончил Мюнхенский университет (1922); с 1929 г.— профессор еидельберг кого университета и директор Института химии в еидельбер е Основные работы посвящены химии витаминов и каротиноидов. Установил строение и- и изомеров каротина (1933), разработал метод их синтеза. Выделил витамин В (рибофлавин) и расшифровал структуру флав инаде нинди нуклео тида. Выделил витамин В.. из дрожжей и установил его строение. Лауреат Нобелевской премии по химии (193В).

Реакция внутримолекулярного замещения позволяет перейти от у ьфонатов к ангидросахарам

СН OBzl

Из простых эфиров моносахаридов наиболее изучены метиловые, бензиловые и три фенил метило вые (тритиловые).

Метиловые эфиры Сахаров широко используются для установления строения олиго- и полисахаридов. В качестве метилирующего агента применяются йодистый метил или иметилсулырат в присутствии основания. В последние годы широкое распространение получили методы Р. Куна (метилирование йодистым метилом в диме илформами е в присутствии оксидов серебра или бария) и С.-И.Хакомори (метилирование в диметилсульфоксиде в присутствии диметилсульфенилнатрия). Последний метод дает практически количественное алкилирование всех гидроксильных групп, что особенно важно при метилировании олиго- и полисахаридов.

Деметилирование проходит с большим трудом; наилучшие результаты получаются при использовании треххлористого бора в дихлорметане Легче всего деметилируется полуадетальный гидроксил.

Бензиловые эфиры Сахаров нашли применение как промежуточные продукты при синтезах: бензильная группа, устойчивая как в кислой, так и в щелочной средах, легко удаляется при каталитическом гидрировании над платиной или палладием

Бензилирование осуществляется действием на моносахарид бромистого бензила в диметилформамиде в присутствии оксидов серебра и бария, щелочей или гидрида натрия.

Тритиловые эфиры широко используются в химии углеводов для защиты первичной спиртовой группы: из-за объемистости

459

Строение углеводов и углеводсодержащих биополимеров

Tr = Ph3C

трифенилметильной группировки реакция с вторичными гидрокси-лами идет лишь в специально подобранных условиях. Тритиловые эфиры получаются обработкой моносахаридов трифенилхлормета-ном в пиридине. Удаление тритильной группировки может быть достигнуто действием кислот или каталитическим гидрированием над палладием. В качестве примера можно привести получение производного галактозы со свободной гндрокснльной группой при С-6.

Для специфической зашиты одновременно двух гидроксильных групп примени ют алкилиденовые производные моносахаридов, образующиеся при их реакции с альдегидами или кетонами под действием кислотных катализаторов. Чаще всего применяют ацетон или бензальдегид, реже ацетальдегид и циклогексанон.

При конденсации свободных моносахаридов с ацетоном в присутствии серной кислоты или хлорида цинка образуются изопро-пилиденовые. или ацетоновые, производные. Эти соединения содержат пятнчленный диоксолановыи цикл, иногда — шестнчленный 1,3-диоксановый.

Изопропилиденовые производные хорошо известны как для циклических (пнранозных и фуранозиых), так и для ациклических форм моносахаридов, причем в зависимости от условий могут образовываться различные изомеры. Так, при ацетонировании метил-ос-О-галактозида в присутствии серной кислоты образуется только 3,4-О-изопропилиденовое производное, а в присутствии хлорида цинка — также и 4,6-О-изопропилиденовое производное

Ме^ОСН

Me

1 2 5 6-Дн-О мэопропилиден D глюкофурвноэ

он

М тил 4 6 О-изопропили н -а- D-яльтропираноэид

-i-D-гвлвктопираноэид -галактопмранолид пираноэид пираноэнд

Углеводы

И зо про пил и де новые и другие алкилиденовые защитные группировки легко удаляются в условиях мягкого кислотного гидролиза, например в разбавленной уксусной кислоте. Благодаря различной стабильности изопропилиденовых циклов по отношению к гидролизу (что связано со стерео химически ми особенностями молекулы) можно осуществлять избирательное отщепление одной из этих группировок.

Конденсация моносахаридов с бе нза льде гидом в присутствии хлорида цинка приводит к бензилиденовым производным н виде двух диастереомеров. Как правило, образуется шести членный 1,3-диоксановый цикл (гликопираиоэиды дают исключительно 4,6-О-бензилиденовые производные)

Хакоморм |Hakomorl| Сен-Итиро

(р. 1929), американский биохимик. Окончил Тохоку университет в Сендае (I9S2), с 196Э г. работает в США в Вашингтонском университете (Сиэтл). Известен работами по выяснению структуры и функции гликолипидов животных клеток и изучению изменений клеточных мембран при онкоген ной трансформации.

сн,он

hc^LL^ochI"

он

Мети л-a-D-r л юкопмраноэид

ОСНз

Метил-4, 6-0 -бензилиден--сс- D-глюкопнранозид

Бензилиденовая защита может быть снята не только в кислых условиях (как изопропилиденовая), но и с помощью каталитического гидрирования.

Гликозиды

Гликозиды образуют обширный класс соединений, а гликозид-ная связь—основной тип связи во всех важнейших природных углеводсодержащих соединениях. Наиболее распространена О-гли-козидная связь, которая соединяет моносахаридные остатки друг с другом (в олиго- и полисахаридах) или с неуглеводными компонентами (в гликозидах и углеводсодержащих биополимерах). В природе существуют соединения и с N-, С- и S-гликозидными связями. Наиболее известными и широко распространенными представителями N гликозидов являются нуклеозиды, С- и S-гликозиды встречаются редко.

Метиг-а-Р-глюкопирйнозид п-Нитрофе1 в ¦ л-п-Р-галаи топ npai исшад

Согласно принятой номенклатуре в названии гликозидов на первом месте указывается наименование заместителя при аномер-ном центре (агликона), затем его конфигурация и, наконец, название углеводного остатка.

Химические свойства О-гликозидов, так же как и других гликозидов, определяются структурой моносахарид но го остатка и природой агликона. Общим свойством их является сравнительная легкость протекания кислотного гидролиза, приводящего к исходному моносахариду

461

Строение углеводов I углеводсодержащих биополимеров

СН2ОН СН2ОНн+ СН2ОН СН2ОН

-O.OR

vQH ,Л tvPH X K.QH > -kPH .^НОН

ют—Г но1—г ног"Г

Большинство гликозидов (кроме гликозидов с электроотрицательными заместителями в ^-положении к гликозидной связи) устойчиво в щелочной среде.

Для установления строения гликозида необходимо выяснить природу углеводного остатка и агликона, а также конфигурацию гликозидной связи. Наиболее мощным средством решения этих вопросов служат физико-химические методы анализа: ЯМР и масс-спектрометрия. Относительная простота спектров ЯМР гликозидов дает возможность определить не только основные структурные черты гликозидного остатка и агликона, но и конфигурацию гликозидной связи. Масс-спектрометрия позволяет провести дальнейшую детализацию структуры производных гликозидов.

Не потеряли своего значения и классические методы анализа, такие, как кислотный гидролиз, периодатное окисление, поляри-метрия. Если гликозильный остаток представлен моносахаридом с обычной структурой, эти методы в сочетании с различными видами хроматографии (прежде всего с газожидкостной хроматографией) дают возможность его идентифицировать. В случае необычных по структуре Сахаров, входящих, например, в состав некоторых антибиотиков, приходится использовать весь арсенал методов структурного анализа.

Классический метод выяснения конфигурации гликозидной связи основан на определении удельного вращения раствора: согласно правилу Кляйна, молекулярное вращение лик зида является алгебраической суммой молекулярных вращений

агликона и лико и ьного остатка (молекулярное вращение |М| = ^ —, где

а — удельное вращение, М — молекулярная масса). Молекулярное вращение глико-эильного остатка определяется по удельному вращению соответствующего метил гликозида, т. е. гликозида с оптически неактивным агликоном. Таким образом, зная молекулярное вращение агликона и гликозильного остатка, имеющего а- или [.-конфигурацию при С-1, можно по молекулярному вращению гликозида определить, относится ли он к о> или р-ряду.

462

Олигосахариды

Углеводы

p-D-Gal-O— 4)-Glc

СН:ОН

ОН ОН

a-D-Gk-O -^2)-B-D-Fruf

Олигосахариды составляют промежуточную группу между моно- и полисахаридами. Как прааило, к ним относят биополимеры, содержащие до 10 моиосахаридных остатков, однако в последние годы к оли госа хари дам причисляют углеводные детерминанты гликопротеинов, состоящие из 15 — 20 моиосахаридных звеньев.

В образовании гликозиднои связи олигосахаридов участвуют полуацетальный гидроксил одного и любой гидроксил, в том числе и полуацетальный, другого мо носа хари дного остатка. Если один из концевых моиосахаридных остатков олигосахарида содержит полуацетальный гидроксил, олигосахарид называется восстанавливающим. Примером может служить молочный сахар, или лактоза. Если же гликозидная связь образуется с полуацетальным гидрок-силом другого моносахарида, как у сахарозы, олигосахарид называется ^восстанавливающим.

К разветвленным относятся олигосахариды, а которых имеются моносахаридные звенья, несущие более одного гликозильного остатка, как в cc-D-маннозил-(1 -*¦ 6) |а-Е)-маннозил-П -*¦ 3) | -D-ман-нозе — фрагменте оли госа хари дных цепей многих гликопротеинов

Краткое написание структуры олигосахаридов предусматривает написание глнкозильных остатков подряд, начиная с невосстанав-ливающего конца, с использованием буквенных обозначений моиосахаридных

страница 61
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.08.2017)