Часть 2 (1160051)
Текст из файла
Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваХимический факультетКафедра химии природных соединенийЮ.С.Шабаров, Т.С.ОрецкаяМоно- и дисахариды(методическая разработка для студентов III курса)Издание 5-е, исправленное и дополненноеЧасть IIМосква – 2010Учебное пособие утверждено Методической комиссиейкафедры химии природных соединений Химического факультетаМосковского государственного университета имени М.В. Ломоносова2СодержаниеЧасть II4. Направленная модификация моносахаридов и их использование вкачестве синтонов при синтезе различных cоединений………………. 35.
Конформации моносахаридов и их влияние на реакционнуюспособность………………………………………………………………….. 396. Дисахариды………………………………………………………………… 516.1. Типы дисахаридов, написание их формул и номенклатура……526.2. Химические свойства………………………………………………. 576.3. Установление строения…………………………………………… 586.3.1. Восстанавливающие дисахариды……………………… 606.3.2. Невосстанавливающие моносахариды………………… 656.4. Синтез дисахаридов…………………………………………………696.5. Cинтез олигосахаридов…………………………………………… 777. Задачи и упражнения…………………………………………………………794. Направленная модификация моносахаридов и ихиспользованиевкачествесинтоновприпростейшихальдозсинтезеразличных соединенийРассмотренныевышереакцииикетозпродемонстрировали их свойства и позволили установить их строение.
В то жевремя способность моносахаридов к различным превращениям делает ихуникальными очень перспективными исходными соединениями: простейшие илегкодоступные моносахариды содержат сразу несколько асимметрическихатомовуглеродасострогоопределеннойконфигурацией,атакжефункциональные группы, пригодные для трансформаций во многие другие.Исследования в этой области посвящены, в основном, разработке методовсинтеза труднодоступных моносахаридов, а также органических соединений,обладающих полезными свойствами.Потребностьвтруднодоступныхмоносахаридах,которыеможнорассматривать как продукты определенных изменений в молекулах обычныхальдоз и кетоз, обусловлена тем, что они оказывают определенное влияние нахарактер функционирования в живых организмах биополимеров, в составкоторых они входят.
Для структурных, биологических и медицинскихисследованийнеобходимоиметьподобныевеществавдостаточныхколичествах, однако содержание их в организме невелико, а выделение весьматрудоемко. Полный синтез моносахаридов, за исключением самых простых триоз и тетроз - представляет собой практически неразрешимую задачу.11 Это объясняется обилием асимметрических центров в целевой молекуле; для нихнеобходимо при синтезе обеспечивать природную абсолютную и относительнуюконфигурацию.
Синтез полигидроксиальдегидов и полигидроксикетонов без контроляконфигурации - задача не сложная. Более 100 лет назад Бутлеров при нагреванииформальдегида с водным раствором гидроксида кальция получил рацемическую смесьразличных гексоз. Впоследствии из нее была выделена рацемическая фруктоза. Еслиучитывать общее число асимметрических центров (в альдогексозах - 4, в кетогексозах - 3), толегко видеть, что даже без учета возможности разветвления углеродной цепи в смеси можетсодержаться несколько десятков изомерных моносахаридов.4Тем не менее, в настоящее время появились методы получениямодифицированных моносахаридов из соединений других классов, в том числеазот- и кислородсодержащих гетероциклов.
Стратегия синтеза моносахаридов идругих аналогичных соединений состоит как в тотальном синтезе, так и вовведениинебольшихизменений(модификаций)вмолекулыширокораспространенных дешевых моносахаридов, запасы которых в биосферепостоянно пополняются за счет фотосинтеза. При таком подходе синтетик ужеимеет в руках большую часть целевой молекулы, и ему остается только ввестицеленаправленные изменения в один-два участка.При использовании доступных моносахаридов2 в качестве синтоновтрудностьсостоитвосстановленияневпроведениивторичноспиртовойсамогогруппывпревращения(например,метиленовую,окисленияоксиметильной группы в карбоксильную, замены гидроксила на амино- илиацетиламингруппу), а в том, чтобы провести соответствующую реакциюрегиоспецифично (с участием строго одной, определенной функциональнойгруппы из нескольких сходных по свойствам) и стереоспецифично (такимобразом, чтобы в конечном продукте асимметрический атом углерода, бывшийреакционнымцентром,имелстрогоопределеннуюконфигурацию,аконфигурации прочих асимметрических центров оставались неизменными).Для обеспечения региоспецифичногопрохождения реакции обычноприбегают к избирательному введению защитных групп.
Обычно блокируютвсе реакционные центры кроме того, который планируется модифицировать.Наиболее часто возникает необходимость в осуществлении перечисленныхниже модификаций: замещение гидроксильной группы на атом водорода(синтез дезоксимоносахаридов), окисление первичных и вторичных спиртовыхгрупп, а также нуклеофильное замещение гидроксильных групп.2 В качестве синтонов чаще всего используются D-глюкоза, D-манноза, D-галактоза, D- и L-арабиноза, Dксилоза, D-рибоза, D-фруктоза, 2-ацетамино-2-дезокси-D-глюкоза (N-ацетилглюкозамин).51.
Синтез дезоксимоносахаридовЗамена гидроксила на атом водорода обычно проводится в несколькостадий и осуществляется различными путями. Дезоксимоносахариды,содержащие т.н. "дезоксизвено" (метильную или метиленовую группы) широкораспространены в природе; многие из них играют важную роль в процессахжизнедеятельности.
6-Дезокси-L-галактоза, имеющая тривиальное название Lфукоза, - компонент многих полисахаридов, образующихся в организмахразличных животных. В частности, концевые остатки L-фукозы служатмаркировкой поверхности клеток, определяющих групповую принадлежностькровичеловека.6-Дезокси-L-манноза(L-рамноза)являетсяважнымкомпонентом клеточных стенок некоторых бактерий.HHHOHOCH3H HOOHHOHOCH3CH OHH HОOHOHH6-дезокси-L-манноза (L-рамноза)H6-дезокси-L-галактоза (L-фукоза)Исключительно важную роль в животных организмах играет N-ацетилнейраминовая кислота - моносахарид, также содержащий в своей молекулеостатки маннозамина и пировиноградной кислоты.Альдоза, получающаяся путем замены на водород гидроксильной группыприС2вD-рибозедезоксирибонуклеиновых(2-дезокси-D-рибоза),кислот(ДНК),основнымивходитвсоставзвеньямикоторыхявляются нуклеозиды.
Нуклеозид – это гликозид, у которого агликономявляется гетероциклическое основание.6OCH3HNOOHONH 2HNNONNOHOOHOHТтимидинdCдезоксицитидинNH2NNNNOHOONNHNNH NH2OHOOHOHdAдезоксиаденозинdGдезоксигуанозинПриродные нуклеозиды получают ферментативным гидролизом ДНК. Длямодифицированныхвзаимодействиемнуклеозидовуглеводногосуществуетфрагмента,дваапутиименносинтеза–производногодезоксирибозы, и гетероциклического основания и модификацией природногонуклеозида.Модифицированныенуклеозидыиспользуютсявкачествелекарственных средств как противоопухолевые, противовирусные препараты,являются основой многих антибиотиков.Модифицированные дезоксинуклеозиды могут быть встроены в составкоротких фрагментов ДНК – олигодезоксирибонуклеотидов - и использоватьсяв молекулярной биологии и медицине, в том числе для изучения механизмадействия ДНК-связывающих белков, в диагностике, а а также для леченияразличных заболеваний, например, с использованием антисмысловой и генной7технологий.
То есть олигонуклеотиды могут воздействовать на различныеэтапы экспрессии определенных генов и репликации вирусов. Так, они могутбыть направлены на матричные РНК с целью ингибирования процессовтрансляции, а также на ДНК или вирусные РНК для контроля процессовтранскрипции.Методы конденсации углеводного фрагмента и гетероциклическогооснования используют высокую реакционную способность галогена прианомерном центре.N H2NNClNN H2OROCl +NORClα -аномерNHgR = COC6H4NO2-nСилильный+ClNClORONNOR2'-дезокси-2,8-дихлор-6-аминопуринметодсинтезануклеозидовявляетсяболеестереоспецифическим, и в результате реакции получается меньше α-изомера.OSiMe3RNOSiMe 3NR'ROROOOO+NOSiMe 3ClORORR = COC6H4CH3-пCOC6H4Cl-пR' = Cl, Br, F8Nпроизводное- дезоксиуридинаOHNH3 производноедезоксицитидинаТаким образом, дезоксисахара нужны в том числе и для получениямодифицированных нуклеозидов.Из многочисленных методов синтеза дезоксимоносахаридов отметимчетыре наиболее важных:а) Формальное замещение гидроксильной группы (одной илинескольких) на атом водорода.Первичноспиртовые группы для этой цели превращают в тозилатные, споследующим восстановлением в одну стадию (алюмогидридом лития) или спромежуточным получением иодидов и последующим гидрированием вприсутствии металлического катализатора.
В качестве примеров можнопривестисинтезы6-дезокси-D-глюкозы,6-дезокси-D-псикозыиметилгликозида 4-дезокси-D-маннозы.В случае глюкозы сначала получают тетраацетильное производное сосвободной первичной спиртовой группойCH2OHCH2OTrOO1) TrCl, PyCH OH 2) Ac2O, PyOHOHCH2OHCH OAcOAcOHBr, AcOHOAcCH OAcOAcOAcOAcOHOAcЕго тозилируют, затем переводят в иодид и восстанавливают. Целевоймоносахарид получают после удаления ацетильных групп метилатом натрия вметаноле.CH2OTsCH2IOCH OAcOAcCH3ONaIOAcOAcOAcCH OAcOAcOAcOAcOAcOAcCH3OMeONa, MeOHOH2, NiCH OAcCH OHOHOHOH96-Дезокси-D-псикоза была синтезирована из бис-изопропилиденовогопроизводного ее пиранозной формы. Последняя подвергается изомеризации вфуранознуюформучерезпромежуточноепереацетонирование.Важноотметить, что при этом не затрагивается диоксолановый цикл, образованный сучастиемгликозидногоструктурногогидроксила.фрагментаПовышеннаяпроявляетсяиврядепрочностьдругихтакогослучаев(см.монодеацетонирование бис-изопропилиденовых производных).MeMeO OMeOOOHClO4, Me2COOHOMeMeCH2OHOOMeOO1) H2, Ni2) H ,+ H2OOOMeOOMe MeCH2OHC OOHOHOO1) TsCl2) NaIMe MeCH3MeCH2 I≡OH OHHHHOHOHOHCH3Метилгликозид6-дезокси-D-маннозыполучаетсямногостадийнымсинтезом непосредственно из D-маннозы.
Последовательной обработкойметанолом в присутствии кислоты, ацетоном в присутствии кислоты,тозилхлоридом в пиридине и бензилхлоридом в присутствии гидрида натрияполучается производное М:CH2OHOOH OHOHCH2OHOO O+OH 1) MeOH, H2) Me2CO,H 2SO4OHMeOMe 1) TsCl, Py2) PhCH2ClNaHMeCH2OTsOO OPhCH2OMeMeM10OMeCH3O1) NaIM2) H2, NiобразованияOMePhCH 2OMeПослеOOдезоксизвенаMeизопропилиденоваягруппировкаудаляется обработкой трифторуксусной кислотой (гликозидная связь в этихусловиях не затрагивается3), а бензильная группировка – гидрогенолизом, даваяцелевой метилгликозид.CH3OOOPhCH2OMeCH3CH3OMeOCF3COOHOH OH25oCPhCH2OOMeOOH OHH2, PdOMeHOMeТозилаты вторичных спиртов не дают иодидов при взаимодействии сиодидом натрия, поэтому вторичные гидроксилы замещают на иод действиемиодсодержащих комплексов трифенилфосфита.(PhO)3P-MeICH OHCH IПолученные вторичные иодиды гидрируют так же, как и первичные.Таким путем возможно получение дидезоксимоносахаридов (см.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
