Часть 2 (1160051), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Фуранозиды гидролизуютсяпримерно в 100 раз быстрее изомерных пиранозидов. Скорость кислотногогидролизавосстаналивающихдисахаридовзависитотструктурыневосстанавливающего звена и падает в ряду: 2-дезоксиальдозы > пентозы >гексозы > аминосахара > уроновые кислоты.Конфигурация гликозидного центра оказывает незначительное влияние наскорость гидролиза. Дисахариды, в которых остаток моносахарида, играющегороль агликона, расположен в экваториальном положении, гидролизуютсяпримерновдвоебыстрее,чемсоответствующиеаксиальныеизомеры.Например, β-аномер D-глюкопиранозида (I) будет гидролизоваться быстрее,чем α-аномер (II).57CH2OHHOHOCH2OHOHOHOOROHOOHIIIOR(R - остаток моносахарида)Восстанавливающие дисахариды обычно кристаллизуются из тех жерастворителей, что и моносахариды, и, как правило, тоже в виде какого-тоопределенного аномера. Они проявляют свойства, присущие карбонильнойгруппе в моносахаридах.
Так, при их растворении наблюдается мутаротация,они могут быть восстановлены до соответствующих гликозилполиолов иокислены до гликозилальдоновых кислот; образуют озазоны и другиехарактерные производные по карбонильной группе; наконец, их производныепо гликозидному центру могу существовать в виде α- и β-аномеров. Следуеттакже отметить, что модификации восстанавливающего звена, в частности,укорочение углеродной цепи может в этом случае использоваться для синтезановых дисахаридов (см. раздел 2.4).Однако не все реакции, типичные для моносахаридов, могут бытьпроведены для дисахаридов - определенные ограничения накладывает наличиев их молекулах лабильной гликозидной связи. Так, весьма трудно получить издисахаридов меркаптали, поскольку этот синтез проводится в сильнокислойсреде - в условиях, когда гликозидные связи легко расщепляются.Невосстанавливающие дисахариды по своему химическому поведениюпохожи, например, на алкил- или арилгликозиды - полуацетальная группировкав них блокирована, и карбонильная функция не проявляется.6.3.
Установление строенияВыше уже говорилось, что важнейшей задачей, которая стоит передисследователями, работающими в области дисахаридов, является установлениеих строения. Для успешного ее решения необходимо ответить на следующиеосновные вопросы:581. Какие моносахариды входят в состав дисахарида?2. К какому типу относится исследуемый дисахарид - восстанавливающемуили невосстанавливающему?3. Для восстанавливающих моносахаридов:а) за счет какой гидроксильной группы восстанавливающего звенаосуществляетсямежсахариднаясвязьикакоймоносахаридявляетсягликозилирующим?б) каковы размеры окисного кольца и конфигурация гликозидного центрав невосстанавливающем остатке?4. Для невосстанавливающих дисахаридов:а) каковы размеры окисных колец в обоих звеньях?б) каковы конфигурации гликозидного центра в каждом из них?Как уже отмечалось выше, первая задача легко решается с помощьюкислотногогидролизаидентификациейисследуемогообразовавшихсядисахаридамоносахаридовспоследующейхроматографическимиметодами с применением эталонов.
Следует отметить, что таким путем невсегда можно решить вопрос об абсолютной конфигурации каждого из звеньевдисахарида. Это связано с тем, что в природе встречаются моносахариды нетолько D-, но и L-ряда (например, арабиноза и галактоза).
В этом случае можноприбегнуть к ферментативному гидролизу исследуемого дисахарида, используяфермент, расщепляющий связи, образованные моносахаридом либо только D-,либо только L-ряда. Задача также может быть решена выделением изгидролизата индивидуальных моносахаридов и определением их удельноговращения(соответствующиевеличиныдляразличныхмоносахаридовприводятся в таблицах).Решение второй задачи также не вызывает затруднений: отнесениеисследуемогодисахаридакрядувосстанавливающихилиневосстанавливающих делается на основании результатов его реакции среактивом Фелинга или аммиачным раствором оксида серебра. Дальнейшее59установление структуры для восстанавливающих и невосстанавливающихдисахаридов проводится различными путями.6.3.1.
Восстанавливающие дисахаридыРассмотрим,какпроизводитсяполноеустановлениеструктурывосстанавливающих дисахаридов на примере мальтозы (солодовый сахар),получающейся при неполном ферментативном расщеплении крахмала, а такжецеллобиозы - продукта неполного гидролиза древесины.Ранее уже указывалось, что мальтоза является восстанавливающимдисахаридом и состоит из двух молекул D-глюкозы. Следовательно, дляполного установления ее структуры остается выяснить, какая из гидроксильныхгрупп участвует в образовании межмономерной связи, каковы размерыокисногокольцаикаковаконфигурациягликозидногоцентравневосстанавливающем гликозидном остатке.
В восстанавливающем фрагментедисахарида полуацетальный гидроксил свободен и, следовательно, вследствиемутаротации не закреплены ни размер окисного кольца, ни конфигурациягликозидного центра. Однако если связь этого фрагмента с гликозилирующиммоносахаридом осуществляется за счет гидроксила при С4, размер окисногокольца в нем практически определен как шестичленный, и мы имеем дело спиранозой.По наиболее распространенной в настоящее время методике определениеразмеров окисного цикла в невосстанавливающем звене дисахарида начинают свосстановления дисахарида бордейтеридом натрия. При этом восстанавливающий фрагмент переходит в меченое по С1 дейтерием производноеполиола (т.е. гликозид, в котором в роли агликона выступает полиол), аневосстанавливающий, будучи полным ацеталем, не затрагивается.
В этомслучае последующее метилирование, которое обычно проводится в щелочнойсреде, не осложняется побочными процессами деградации и усложенияуглеродной цепи (см. выше). Полученное полиметилированное производноегидролизуют и восстанавливают боргидридом натрия. При этом получают60меченый дейтерием (из восстанавливающего звена) и немеченный (изневосстанавливающего) метиловые эфиры полиолов.В случае мальтозы рассматриваемые операции приводят к 2,3,4,6-тетра(Т) и 1,2,3,5,6-пента- (П) -О-метилсорбитам. Изобразим эти соединения длянаглядности с помощью формул Фишера.CH2OHHCHDOMeOMeMeOHHOMeMeOHHOMeHOHHOHHOMeCH2OMeCH2OMeTПИх строение доказывают после разделения на колонке и ацетилирования,изучая масс-спектры полученных ацетатов.
Задача интерпретации спектров непредставляет трудностей, поскольку пути фрагментации подобных соединенийподробно изучены.Наличие в молекуле Т оксиметильной группировки свидетельствует о том,что он получен из невосстанавливающего фрагмента мальтозы как результатвосстановления альдегидной группы, блокированной в исходном дисахаридеацетальными связями. Наличие свободного гидроксила при С5 указывает, чтоон находился в мальтозе в пиранозной форме.
Положение дейтерия в Ппозволяет определить, какой из атомов углерода в его молекуле входил в составполуацетальной группы восстанавливающего фрагмента, а наличие свободногогидроксила при С4 показывает, что именно он участвовал в образованиимежмономерной связи и, следовательно, восстанавливающий фрамент не могнаходиться в фуранозной форме (см. выше).Приведенныеданныедаютдляглюкопиранозил[1→4]-D-глюкопиранозы.представлен следующей схемой:61ХодмальтозыанализаструктуруможетDбытьHOHOCH2OHOCH2OHOHOOH1) NaBD42) (MeO)2SO2, NaOHO+2) NaBH4CH2OMeOOHOH1) H2O, HMeOMeOM eOMeOOMeCH2OMeOHCH2OHOMe+HOM eOCH2OMeOMeOMeOCHDOMeOMeCH2OMeOMeCHDOMeOMeTПСледует отметить, что использовавшийся в прежние годы методопределения строения олигосахаридов, заключавшийся в метилированииисследуемого образца, его последующем гидролизе не позволял точноустанавливать строение восстанавливающего фрагмента, поскольку, например,из 4-гликозилальдопиранозы и из 5-гликозилальдофуранозы в этом случаеполучался один и тот же триметиловый эфир.
Например:CH2OHCH2OMeOOHOR1) (MeO)2 SO2, NaOH+2) H2O, HOHOMeOHOHOHCHOCHOOMeHMeOCH2OHROHOOHOHOHCH2OМ еHOHHOHOMeCHO1) (MeO) 2SO2, NaOH2) H2O, H+OMeOMeHHOHHOHCH2OMe(R - остаток моносахарида)Ранеедляустановленияконфигурациигликозидногоцентраиспользовались данные удельного вращения и ферментативного гидролиза.Однако к настоящему моменту эти методы вытесняются менее трудоемким иболее эффективным - спектроскопией ЯМР. Спектры ЯМР 1Н изаписываются в среде D2O.6213С обычноПри рассмотрении конформаций пиранозидов отмечалось, что глюкозасуществует исключительно в конформации С1, что обеспечивает аксиальноерасположение протона при С2. Конфигурация аномерного центра в этом случаелегко устанавливается по величине констант спин-спинового взаимодействия(КССВ) протонов при С1 и С2.
При их транс-диаксиальном расположении,характерном для β-аномера, она составляет 7.7-9.2 Гц, а при цис-аксиальноэкваториальном (в α-аномере) 3.4-3.8 Гц.H2OH2OH1OROHКССВ J(H1-H2)OHH1ORα-аномерβ-аномер7.7 - 9.2 Гц3.4 - 3.8 ГцИсследования показали, что КССВ J(H1-H2) для мальтозы составляет около3.5 Гц, а для целлобиозы - около 8 Гц. Таким образом удалось установитьконфигурацию аномерного центра невосстанавливающего звена; в целлобиозеэто β-конфигурация (см. приведенную выше формулу и систематическоеназвание), а в мальтозе - α-конфигурация.Для пираноз и их производных, имеющих аксиальный заместитель, а непротон, при С2 и преимущественную конформацию С1 (“кресло 1”) болеенадежныеметодыопределенияконфигурацииосновываются на анализе спектров ЯМРаномерногоцентра13С.
Здесь важную роль играетзначение КССВ гликозидного атома углерода (С1) и связанного с ним протонаН1. При экваториальной ориентации КССВ J(C1-H1) всегда больше примерно на10 Гц, чем при аксиальной.63Экваториальная ориентация Н1Аксиальная ориентация Н1OHOOHOC1H1C1H1ORКССВ J(13C1-H1) 169-175 ГцЭтиданныеконфигурацииORтакже156-165 Гцмогутгликозидногобытьиспользованыцентравлюбыхдляопределенияневосстанавливающихдисахаридах, состоящих из пираноз, в частности, в мальтозе и целлобиозе.Такому определению не мешает наличие в последних второго аномерногоцентра, содержащего свободный гликозидный гидроксил.
Это связано с тем,что процесс формирования этого центра при гидролизе соответствующихполисахаридов (крахмала и целлюлозы в данном случае), или при другихпревращениях, осуществляемых в растворе, может приводить к обеимконфигурациям (α или β). Таким образом, исследуемый восстанавливающийдисахарид всегда имеет два гликозидных центра - один участвует вобразовании межсахаридной связи и имеет фиксированную конфигурацию(которую требуется установить); другой содержит свободный гликозидныйгидроксил, который может иметь как α-, так и β-конфигурацию. Например, βD-глюкопиранозил[1→4]-глюкопираноза состоит в основном из двух изомеров:CH2OHROHOCH2OHH OOHROHOOHHHOHOHиOH(R = остаток β-D-глюкозы)В спектрах ЯМР соответствующие сигналы восстанавливающего звена(как α-, так и β-формы) значительно менее интенсивны, и их можно легкоотличить от сигналов, относящися к аномерному центру с закрепленнойконфигурацией.646.3.2.
Невосстанавливающие моносахаридыРассмотримнапримересахарозы,какустанавливаетсястроениеневосстанавливающих дисахаридов и дисахаридов, содержащих фуранозныефрагменты. Сахароза при гидролизе дает D-глюкозу и D-фруктозу, невосстанавливается реактивом Фелинга и аммиачным раствором оксида серебра,т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
