Beta-D-(-)-arabinozaje važna kiralna molekula šećera sa širokom vrijednošću primjene. Ima važnu primjenu u farmaceutskoj sintezi, prehrambenim aditivima, dehidrirajućim sredstvima, kozmetici i drugim područjima. Stoga postoje različite metode za sintezu beta-D-(-)-arabinoze. Ovaj će članak uglavnom predstaviti neke od glavnih sintetskih metoda.
Ekstrakcija beta-D-(-)-arabinoze iz prirodnih proizvoda:
Metoda ekstrakcije beta-D-(-)-arabinoze iz prirodnih proizvoda je najizravnija i može dobiti proizvode visoke čistoće. Najčešći prirodni izvor beta-D-(-)-arabinoze je ksilan, koji je disaharid sastavljen od D-ksiloze i D-glukoze. Beta-D-(-)-arabinoza jedna je od strukturnih jedinica ksilana. Xylan se može naći u staničnoj stijenci biljaka kao što je lignin, borovi koji rastu u hladnim područjima itd.
Metoda ekstrakcije beta-D-(-)-arabinoze ista je kao i metoda ksilana. Općenito, kiselinska metoda je najčešće korištena metoda ekstrakcije ksilana. Uzorak ksilana prvo se dodaje u kiselu otopinu, zagrijava dok se monomeri šećera ne odvoje od agregata, zatim se filtrira i ispere. Nakon tretmana ksilanom, beta-D-(-)-arabinoza sadržana u kiseloj otopini može se odvojiti i pročistiti neutralizacijom i kristalizacijom.
Kemijska sinteza:
Trenutno postoje mnoge učinkovite kemijske metode za sintezu beta-D-(-)-arabinoze. Evo nekoliko načina:
1. Put glikogena:
Ovo je jedna od najčešćih sintetskih metoda
Korak 1: Nabavite ksilozu iz Xylana:
Sinteza glikogena Beta-D-(-)-arabinoze počinje od ksiloze. Ksiloza je šećer sa šest ugljikovih atoma koji je sveprisutno prisutan u biljnim staničnim stijenkama i može se dobiti hidrolizom ksilana (obično ekstrahiranog iz biljaka).
Ksilan plus H2O → Ksiloza plus drugi šećeri
Xylan je polisaharid sastavljen od više molekula ksiloze i obično je bezbojna ili smeđa praškasta tvar. Reakcija hidrolize mora biti katalizirana kiselinom ili enzimom, a za reakciju hidrolize obično se koristi kiseli katalizator. Nakon hidrolize, ksiloza se može koristiti za sintezu beta-D-(-)-arabinoze.
Korak 2: Pretvorite ksilozu u L-arabinozu:
Pretvorba ksiloze u L-arabinozu ključni je korak u sintezi beta-D-(-)-arabinoze putem glikogena. Ovaj proces zahtijeva upotrebu niza enzima za kataliziranje niza reakcija koje pretvaraju ksilozu u arabinozu.
Prvo, ksiloza se katalitičkom reakcijom pretvara u D-ksilozu ketozu.
Ksiloza plus ATP → D-ksiloza ketoza plus ADP
Drugo, D-ksiloza ketoza će se transformirati u L-ksiloza ketozu reakcijom izomerizacije.
D-ksiloza ketuloza → L-ksiloza ketuloza
Zatim je reakcija katalizirana L-ksiloza glusidazom podvrgnuta Cooperovoj ciklizaciji da se dobije L-arabino-deoksi-heks-2-ulonat.
L-ksiloza ketoza → L-arabinuronska kiselina
Konačno, pod djelovanjem arabinuronske kiseline, koristite NADPH i glukozidazu za redukciju arabinuronske kiseline u L-arabinozu.
L-arabinuronska kiselina plus NADPH plus H plus → L-arabinoza plus NADP plus
Treći korak: pretvaranje L-arabinoze u Beta-D-(-)-arabinozu:
Pretvorba L-arabinoze u Beta-D-(-)-arabinozu zahtijeva skup enzima koji kataliziraju reakciju.
Prvo se L-arabinoza fosforilira kako bi se formirao arabinoza-6-fosfat.
L-arabinoza plus ATP → arabinoza-6-fosfat plus ADP
Zatim, reakcija hidrolize pretvara arabinoza-6-fosfat u Beta-D-(-)-arabinoza-5-fosfat (Beta-D-(-)-arabinoza-5-fosfat).
Arabinozo-6-fosfat plus H2O → Beta-D-(-)-arabinoza-5-fosfat
Konačno, Beta-D-(-)-arabinoza-5-fosfat podliježe defosforilaciji da nastane Beta-D-(-)-arabinoza.
Beta-D-(-)-arabinoza-5-fosfat → Beta-D-(-)-arabinoza plus Pi
Sinteza glikogena Beta-D-(-)-arabinoze počinje od ksiloze. Prvo se ksiloza dobiva iz ksilana, zatim se ksiloza pretvara u L-arabinozu, a na kraju se L-arabinoza pretvara u Beta-D-(-)-arabinozu. Ovaj proces zahtijeva upotrebu više reakcija kataliziranih enzimima, od kojih je svaka kritična. Ovom metodom sinteze može se dobiti vrlo učinkovita, ekonomična i čista Beta-D-(-)-arabinoza, što daje čvrst temelj za njezinu primjenu u područjima biologije, medicine i kemijske sinteze.
2. Vitezova reakcija:
Metoda, razvijena 1940-ih, zahtijeva poliklorirane aromatske ugljikovodike kao početni materijal. U Knightovoj reakciji, poliklorirani aromatski ugljikovodici reagiraju sa smjesom kiseline i deterdženta, a zatim se zajedno sa smjesom dodaje Obenzil-D-arabinoza. Nakon niza koraka, sintetizira se beta-D-(-)-arabinoza.
Konkretni koraci su sljedeći:
Korak 1: Za pripremu Beta-D-(-)-arabinoze, prvo moramo pripremiti Beta-D-(-)-arabinozu šećer i prethodno dodane reagense, a oksigenacija je jedna od najčešćih metoda proizvodnje. Sastoji se od dvije faze: prva, metil-D-glukofuranozid prolazi kroz reakciju aromatizacije u prisutnosti jodne soli kako bi se dobili derivati 4,6-O-metil anizola; zatim aromatizira na položaju 5-O-kuta. Strukturirana reakcija, a zatim se reducira kako bi se dobila beta-D-(-)-arabinoza.
Korak 2: Pripremite reagense i otapala potrebna za Knightovu reakciju. Potrebno je pripremiti bocu otopine koja sadrži 30 ml 50 postotne octene kiseline i 10 g šećera Beta-D-(-)-arabinoze, te na temelju toga krenuti u sljedeće korake.
Korak 3: Dodajte sumpornu kiselinu kao kiselinski katalizator. Prije dodavanja kiselog katalizatora u epruvetu treba dodati 100 ml etanola, a zatim 0,1 ml koncentrirane sumporne kiseline.
Korak 4: Dodajte bornu kiselinu u uvjetima hlađenja. Nakon što je sustav otapala ohlađen na sobnu temperaturu, dodano je 15 0 ml izopropanola, a zatim je dodano 0,1 ml borne kiseline i lagano promiješano.
Peti korak: Reakcijsko zagrijavanje. Zagrijavajte u uljnoj kupelji na stalnoj temperaturi oko 40 do 50 minuta kako bi aldoza u potpunosti reagirala u otopini da bi se proizveo produkt šećerni enol ester.
Korak 6: Katalitičko hidrogeniranje. Nakon završetka reakcije, epruveta je izvađena iz uljne kupelji i ostavljena da se ohladi na sobnu temperaturu. Zatim dodajte 1 mililitar n-heptana i 0.05 mililitara otopine natrijevog volframata da biste proveli reakciju katalitičke hidrogenacije, često morate čekati nekoliko dana.
Korak 7: Ekstrahirajte proizvod. Produkt je ekstrahiran iz otopine metodom uranjanja, a produkt je identificiran i karakteriziran metodama kao što su ultraljubičasta spektroskopija, infracrvena spektroskopija i nuklearna magnetska rezonancija, te je izvedena struktura produkta reakcije.
3. Reakcija glikozidacije:
Ova metoda je također vrlo popularna, a njena sirovina je D-ksilozid. Najprije reagirajte D-ksilozid i metanol pod djelovanjem katalizatora da se dobije Obenzil-D-arabinoza. Zatim, Obenzil-D-arabinoza reagira s oksidiranim NaIO4 u prisutnosti supstrata, nakon čega slijedi dodavanje suhih kvarternih amonijevih soli, čime se dobiva Beta-D-(-)-arabinoza.
Jednom riječju, beta-D-(-)-arabinoza se može sintetizirati na nekoliko gore navedenih metoda, svaka metoda ima svoje prednosti i nedostatke, a različite metode mogu se odabrati prema različitim stvarnim potrebama.