Часть 1 (1160050), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Поэтому естественно, что из маннозы образуется тот же озазон,что и из глюкозы. Аналогично, идентичные озазоны получаются из аллозы иальтрозы, а также из галактозы и талозы, гулозы и идозы. Моносахариды,различающиеся расположением и/или природой заместителей только у первогои второго атомов углерода и способные к взаимопревращению, называютсяэпимерами.Идентичные озазоны могут быть получены также из эпимерных альдоз икетоз, что, как отмечалось выше, может быть использовано для доказательстваконфигурации последних.
Так, например, идентичные озазоны дают ксилоза,ликсоза и ксилулоза; глюкоза, манноза и фруктоза и т.д.49CHOHOHHHOHOHHOHNNHPh3PhNHNH2-PhNH2, -NH3,-H2OCHOHHOHHOHHOHC OC NNHPhCH2OHHOCH2OHCHHOHHOHHOH3PhNHNH2-PhNH2, -NH3,-H2OHOHHOHHOHCH2OHCH2OHCH2OHИдентичность конфигурации у трех асимметрических атомов глюкозы,маннозы и фруктозы, а также других эпимерных гексоз и гексулоз (для пентоз ипентулоз-удвух)подтверждаетсятакжеихспособностьюквзаимопревращению под действием разбавленных щелочей, гидроокисейщелочноземельных металлов, а также пиридина и хинолина. Так, оказалось, чтопод действием указанных реагентов любой из трех названных моносахаридовдает одну и ту же равновесную смесь. Такие взаимопревращения называютсяэпимеризацией, а соединения, находящиеся в равновесии друг с другом –эпимерами.
Это явление объясняется способностью альдоз и кетоз кенолизации под действием оснований; при этом каждый из эпимеров дает однуи ту же енольную форму и, поскольку енолизация обратима, в результатеобразуется указанная равновесная смесь.В случае глюкозы, маннозы и фруктозы эпимеризация может бытьпредставлена следующей схемой:50H CHOHC OHOHHOHHOHH - протоны, за счет которыхпроисходит енолизация поддействием основанияCH2OH++-H ; +HCHOHOHHOHCHOCHOH+C OH+-H ; +HHOH++-H ; +HHHOOHHHOHHOHHOHHOHHOHHOHCH2OHCH2OHCH2OHЕнольные формы альдегидов и кетонов обычно неустойчивы (правилоЭльтекова-Эрленмейера), поэтому образовавшийся ендиол легко претерпеваетмиграцию протона одной из гидроксильных групп при двойной связи ипереходит в исходное карбонильное соединение.
Когда мигрирует протонгидроксильной группы, связанной с первым углеродным атомом, образуются сравной вероятностью глюкоза или манноза, поскольку винильный фрагментплоский, и протон может атаковать его с обеих сторон. При миграции протонагидроксильной группы, связанной со вторым атомом углерода, образуетсяфруктоза; новых асимметрических атомов в этом случае не возникает.Важно отметить, что именно в результате эпимеризации все природныекетозы (которые содержат карбонильную группу только у второго атомауглерода) в условиях реакции серебряного зеркала или при обработкереактивом Фелинга эпимеризуются, давая альдозы, которые и восстанавливаюткомплексы серебра (I) или меди (II).Обращает на себя внимание тот факт, что енолизация фруктозыпроисходит за счет отщепления протона от атома углерода первичной, а не51вторичной спиртовой группировки 17 .
Это можно объяснить стерическимифакторами - меньшей пространственной экранированностью первого из них.Хотя эпимеризация приводит к смеси изомерных моносахаридов исопровождается побочными реакциями, она находит практическое применение.Пример - получение труднодоступных кетоз из доступных моносахаридов. Изравновесной смеси продуктов эпимеризации отделяют альдозы, окисляя ихбромной водой и удаляя альдоновые кислоты с помощью ионообменных смол.Выходы целевых кетоз составляют 10-40%.
Примерами могут служитьописанные в литературе синтезы D-псикозы из D-аллозы и D-рибулозы из Dарабинозы, синтез D-псикозы из D-фруктозы.Меньшая экранированность первичноспиртовых групп в моносахаридахсказывается также на способности их давать трифенилметиловые (тритиловые)эфиры. При обработке трифенилхлорметаном (тритилхлоридом) в присутствиипиридина в мягких условиях первичные спиртовые группы образуютсоответствующие эфиры; другие группы при этом не затрагиваются 18 .CHO(CHOH)nCH2OHCHOTrCl(CHOH)nCH2OTrPy, 25oCTr = CPh3Эта реакция широко используется для защиты первичноспиртовых групп вмолекулах моносахаридов при модификации других функциональных групп.Тритил является хорошей защитной группой, поскольку тритиловые эфирыустойчивы в нейтральной и щелочной средах и легко расщепляются кислотами(удаление защиты).
Кетозы, содержащие две первичноспиртовые группировки,могут давать как моно-, так и дитритильные производные. При этом болеереакционноспособным оказывается гидроксил у первого углеродного атома. ИзD-фруктозы моно- и диэфиры могут быть получены в пиридине придобавлении одного или двух эквивалентов тритилхлорида, соответственно:17Енолизация по вторичноспиртовой группе, по-видимому, осуществляется, но в весьманезначительной степени.18Тритильные производные вторичных спиртовых групп могут быть получены в мягкихусловиях (25оС, CH2Cl2) при действии тритилперхлората (но не тритилхлорида).52CH2OTrC OTrClHOCH2OHC OHOHOHHOHCH2OHHHOHHOHHPyCH2OTrC OCH2OHHO2TrClHHOHHOHCH2OTrКак будет показано далее, этот метод защиты первичноспиртовой группышироко используется в синтетических исследованиях.Имея дело с полифункциональными молекулами, очень важно иметьвозможность проводить реакции избирательно, защищая те или иныефункциональные группы.
Удаление защитных групп также должно проходить вразных условиях. Это принцип ортогональных защитных групп. Его особеннонеобходимособлюдатьприсинтезеполимерныхмолекулизполифункциональных мономерных звеньев – полисахаридов, пептидов,фрагментов нуклеиновых кислот.Как первичные, так и вторичные гидроксилы могут быть защищеныпутем превращения их в бензиловые эфиры.CH OHPhCH2ClNaHCH OCH2PhБензильная защита легко удаляется в том числе и с помощью характернойреакции гидрогенолиза в присутствии палладиевого катализатора.CH OCH2PhH2CH OHPd53+PhCH32.3.2.РеакцииальдозикетозкакциклическихполуацеталейРассмотренные выше свойства моносахаридов не противоречат ихструктуре как полигидроксиальдегидов и полигидроксикетонов.
Однако рядсвойств пентоз и гексоз приводимые формулы объяснить не могли.Соответствующие факты накапливались; выяснение причин "аномалий" всвойствахстановилосьвсеболееактуальным.Рассмотримнекоторыеособенности химического поведения пентоз и гексоз, которые побуждалиисследователей глубже изучать их строение.Оказалось, что пентозы и гексозы, в отличие от обычных альдегидов, необразуютбисульфитныхпроизводныхиневзаимодействуютсфуксинсернистой кислотой.
Полные метиловые эфиры пентоз и гексоз,получившиеся под действием диметилсульфата в присутствии щелочи илииодистого метила в присутствии оксида серебра 19 не давали осадка с реактивомФелинга и реакции серебряного зеркала, типичных для альдегидов.H(CHOH)nCHO(MeO)2SO2,NaOHили MeI,Ag2OТетра (n=3) илипента (n=4)метиловые эфирыне реагируют с реактивомФелинга и не дают реакциисеребряного зеркалаВ то же время гидролиз этих эфиров разбавленным раствором кислоты,т.е. в условиях, при которых простые эфиры устойчивы, приводил котщеплению одной метильной группы; при этом из тетраметиловых эфиров,полученных из пентоз, получались триметиловые, а из пентаметиловых эфировгексоз - тетраметиловыеТетра (n=3) илипента (n=4)метиловые эфиры+HH2OCH3OH + три- или тетраметиловые эфиры19Проблема полной ионизации гидроксильных групп в углеводах, возникающая при необходимости ихисчерпывающего метилирования, достаточно сложна – как отмечалось выше, в щелочах моносахаридыпретерпевают целый ряд превращений.
Она была решена с введением в синтетическую практику такогооснования, как димсилнатрий (натриевое производное диметилсульфоксида, получающееся из него при(CH 3 )2 SOдействии гидрида натрия)N aHCH 3 S _ CH 2N a+O+54Продукты такого монодеметилирования полных метиловых эфировдавали реакцию серебряного зеркала и осадок с реактивом Фелинга. Такимобразом было установлено, что одна из гидроксильных групп в пентозах игексозах обладает особыми свойствами.Приведенные ранее структуры пентоз и гексоз не могли также объяснитьтого факта, что для полных метиловых эфиров существовало большеоптических изомеров, чем можно было ожидать из предположения, что пентозысодержат три, а гексозы - четыре асимметрических центра. Оказалось, чтоуказанные эфиры пентоз и гексоз D- и L-ряда существуют, соответственно, ввиде 16 и 32 оптических изомеров.
Это свидетельствовало о том, что вмолекуле полных метиловых эфиров пентоз должно существовать четыреасимметрических атома углерода (2n=16, n=4), а не три, а в соответствующеймолекуле гексоз - пять (2n=32, n=5), а не четыре. Таким образом, должносуществовать 8 изомерных метиловых эфиров пентоз и 16 метиловых эфировгексоз D-ряда.Сходная картина наблюдалась и при изучении ацетилирования пентоз игексоз. Обработка их уксусным ангидридом приводила, соответственно, ктетра- и пентаацетатам. Это не противоречит принятой структуре пентоз кактетрагидроксиальдегидов, гексоз - как пентагидроксиальдегидов.H(CHOH)nCHOAc2OPyТетра (n=3) илипента (n=4) ацетатыне реагируют с реактивомФелинга и не дают реакциисеребряного зеркалаОказалось, что полные ацетаты не проявляют восстанавливающихсвойств (реактив Фелинга, серебряное зеркало), и число оптических изомеровдля них, как и для полных метиловых эфиров, больше ожидаемого: для пентози гексоз D-ряда, соответственно, 8 и 16, что соответствует четыремасимметрическим атомам у пентоз и пяти - у гексоз.
Одна из ацетильных группв полных ацетатах легче подвергалась гидролизу. Кроме того, при обработке55этих ацетатов раствором бромистого водорода в ледяной уксусной кислотепроисходило замещение одной из ацетоксильных групп на бром - реакция, нехарактерная для ацетатов первичных спиртов. В полученном производном атомбромаобладалзначительнойподвижностью,легкоподвергалсянуклеофильному замещению.Все эти факты становятся понятными, если предположить, что вмолекулах пентоз и гексоз одна из гидроксильных групп внутримолекулярновзаимодействует с карбонилом, давая при этом циклический полуацеталь.Справедливость такого предположения подтверждается тем, что циклическиеполуацеталимоногидроксиальдегидовлегкообразуютсяидостаточноустойчивы, когда образующийся кислородсодержащий цикл пяти- илишестичленный. Было даже показано, что в равновесных смесях, которые даютуказанные альдегиды в водных растворах, циклические формы преобладают.Так,для5-гидроксивалериановогои4-гидроксимасляногоальдегидовсостояния равновесия выглядят следующим образом:OHOO94%6%OHOHOO11%OH89%Следовательно, есть все основания утверждать, что для пентоз и гексоздолжны быть характерны подобные же равновесия и что соответствующиеполуацетальныеформыдолжнывключатьпяти-кислородсодержащее кольцо, которое называют окисным.56илишестичленноеПентозыCHOHCHOHCHOHOO(CHOH) 3CHOHCH2HCH2 OHпятичленное окисноекольцошестичленное окисноекольцоГексозыCHOHCHOHCHOHO(CHOH) 3OCHCHOHCH 2OHHCHOHCH 2OHпятичленное окисноекольцошестичленное окисноекольцоПрименение ПМР-спектроскопии, а также ряда физических и химическихметодов позволило показать, что пентозы и гексозы существуют в видеизомеров как с пяти-, так и с шестичленным окисным циклом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
