A táplálkozási szokások fontossága Helyes táplálkozás Helyes életmód
Cukorkémia = Szénhidrátkémia -...
90
Cukorkémia = Szénhidrátkémia Cukrok fontossága: A Földön évente 200 milliárd tonna biomassza képződik, amelynek 75%-a szénhidrát, de ennek csak 3%-át hasznosítják. Somsák, L.; Vágvölgyiné Tóth, M.: Az élet megfejtésre váró titkosírása, a szénhidrátkód. Magyar Kémikusok Lapja, LXIV. évf. 7-8. sz., 2009, 233-239.
Transcript of Cukorkémia = Szénhidrátkémia -...
Cukorkémia = Szénhidrátkémia
Cukrok fontossága: A Földön évente 200 milliárd tonna biomassza képződik,amelynek 75%-a szénhidrát, de ennek csak 3%-át hasznosítják.
Somsák, L.; Vágvölgyiné Tóth, M.: Az élet megfejtésre váró titkosírása, a szénhidrátkód. Magyar Kémikusok Lapja, LXIV. évf. 7-8. sz., 2009, 233-239.
1. Energiahordozók
Növényekben:
n CO2 + n H2O = (CH2O)n + n O2 fény hatására (fotoszintézis)
Az emberi szervezetben a glükóz lebontása a fő energiatermelő folyamat.
(CH2O)6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6H2O +675 kcal
2. Vázanyagok
polimer láncok: cellulóz a növényekben és a kitin az állatokban.
3. Biológiai információt hordoznak
glikolipidek, glikoproteinek: sejtadhézió, sejtosztódás gátlása; vírusok,
baktériumok, hormonok és toxinok sejtfelszínen történő megkötődése;
immunválasz irányítása, ivarsejtek egymásra találása.
DNS, RNS: genetikai információ hordozói, dezoxiribóz, ribóz
4. Királis vegyületekolcsó alapanyagok, kiindulási anyagok más természetes anyagok előállításához
Biológiai szerepük
A cukrok felépítése
C:H:O = 1:2:1 arányban tartalmazzák – Cn(H2O)n szén hidrátjai (formálisan!)
formaldehidCH2O + CH2O
CH2O+ + CH2O
CH2OH
CO
CH2OH
CHO
CHOH
CH2OH
CHO
CH2OH
aldehidcukor ketocukor
Királis szénatom (*C), antipodok vagy enantiomerekA szénlánc hossza (n) szerint: trióz, tetróz, pentóz, hexóz, heptóz, stb.
*
n (CH2O) (CH2O) n n=1 CHO
H
Szénhidrátok (glikánok) = polihidroxi oxovegyületek
• Oxocsoport minősége szerint:Aldózok
Ketózok
• Cukoregységek száma szerint:1. Egyszerű cukrok: monoszacharidok, savas
hidrolízissel nem bonthatók kisebb egységekre
2. Összetett cukrok: oligoszacharidok és poliszacharidok, savas hidrolízissel kisebb egységekre bonthatók
• Szénlánc hossza szerint (n):
Trióz (n=3), tetróz (n=4), pentóz (n=5), hexóz (n=6), stb.
A nyíltláncú cukrok konfigurációjának ábrázolása a Fischer-féleprojekciós szabályok alapján
Az abszolút konfiguráció jelölése a Cahn, Ingold, Prelog nómenklatúra szerint
1 2
3CH2O
H
OH
OHC2 1
3
R D L S
CHO
CH OH
CH2OH
CHO
CHO H
CH2OH
HO
CH2OH
CHO
C
(+), D
d.)CHO
C OHH
CH2OH
c.)b.)a.)
3
2
1
CH2OHCCHO
Több sztereogén centrum (n) esetén a sztereoizomerek száma 2n, ezeketaszerint soroljuk a D- vagy az L-sorba, hogy az aldehidcsoporttól legtávolabbeső sztereogén centrumnak milyen az abszolút konfigurációja.
abszolút konfigurációA Fischer-féle ábrázolásmód következménye, hogy a kiralitás nem változik(retenció), ha bármelyik királis atomon páros számú szubsztituenscseréthajtunk végre, míg páratlan számú szubsztituenscsere esetén inverziókövetkezik be.
HCOHCH
CHO
COHCOHCH2OH
HOHH
HOH
HH
OHHOHOH
CH2OH
CHOO
CH2OH
CHO CHO
CH2OH
(R) (S)(S) (R)(R) (S)(R) (S)
CH2OH
CH2OH
D-glükóz (D-Glc)
L-glükóz D-fruktóz (L-Glc) (D-Fru)
enantiomerek szerkezetiizomerek
A cukrok szerkezete
aldóz
D-glükóz(D-Glc)
L-Glükóz(L-Glc)
D-mannóz D-fruktóz
enantiomerekepimerek
ketóz
CHOCCC
OHHHO
HHOH
CCH2OH
H OH
CHOOHH
HOH
HOH
CH2OHH OH
CHO
CH2OH
CHO
CH2OH
CHO
CH2OH
CH2OHO
HOH
HOH
CH2OHH OH
szerkezeti izomerek
Több királis centrum esetén a papír síkjába forgatott (cikk-cakk) alakbanábrázolhatjuk a szénláncot, ennek megfelelően a hidroxilcsoportoka sík elé vagy mögé kerülnek.
A Newman-féle ábrázolás
HO
OH
CH2OH
H
H
CHO
A D-eritróz Newman-féle ábrázolása
CHOCOHCOHCH2OH
HH
H OHCCHO
CH OH
CH2OH
(D-er itr óz)
OHCOH
H
CH2OH
HHO
HOCH2
CHOH
HO OHH
HOCH2
CHO
HO OHH
OHC
OH
CH2OH
HHO
B. G. Davis, A. J. Fairbanks: Carbohydrate Chemistry Oxford University Press 2002.
A gyűrűs szerkezetű cukrok ábrázolása
R CHOH
OHR CH
OH
OR´R CH
OR´
OR´´hidrát félacetál acetál
Aldózok és ketózok esetén ha van lehetőség rá, 5-vagy 6-tagú gyűrűs félacetálok keletkeznek.
CHOH
HOOH
CH2OH
OH
O
OHOH
HO
CHO
O
OHOH
HO
HCH2OH
OH
CH2OH
OHO
CHOHA A
D-glükopiranóz (Glcp) D-glükofuranóz (Glcf)
O O
tetrahidropirán tetrahidrofurán
CHOR
OH
A Fischer-féle konvenció értelmében az új királis centrumot (anomer szénatom)α-val jelöljük, ha az anomer (glikozidos) hidroxilcsoport a D (R) vagy L (S) konfigurációt meghatározó centrummal azonos térállású (ami a legnagyobb helyzetszámú királis C atom térállása), a másik anomert β-val jelöljük.
[α ]20D = alfa anomer > béta anomer (a D sorban): mutarotáció
Anomerek: diasztereomeria speciális esete
Gyűrűzárás → új kiralitáscentrum
Gyűrűs szerkezetek ábrázolása
β-D-glükopiranóz
123
45
6
6 5
4
3
2
1
OHCHOH2C HO
H
CHO H
HHO
HO OH
HO
CH2OH
OOH
Mills 1956
Fischer 1892 Hawor th 1929
OCH2OH
OHOH
OHOH
OHH
H
H OHHHOOH
CH OCH2OH
CHO H
H
OHH
OHH
OHHHO
O
CH2OH
H
OHH
OHH
HHOHO
O
OH
OHH
OHH
CH2OH
HHOH
O
OH
HHO
OHH
CH2OH
OHHH
O
OH
HHO
OHH
CH2OH
HHOH
O
H
HHO
OHH
CH2OH
OHHHO
O
D-(+)-allóz D-(+)-altróz D-(+)-glükóz D-(+)-mannóz D-(-)-gülóz D-(-)-idóz D-(+)-galaktóz D-(-)-talóz
OH
OHH
OHH
CH2OH
OHHH
O
CH2OH
H
HHO
OHH
CH2OH
HHO
O
HO
HEXÓZOK
H OH
H OH
CH2OH
OHH
O
H OH
H OH
CH2OH
HHO
O
HO H
H OH
CH2OH
OHH
O
HO H
H OH
CH2OH
HHO
O
H OH
H OH
CH2OH
O
HO H
H OH
CH2OH
O
H OH
CH2OH
O
D-(+)-glicerinaldehid
D-(-)-eritróz D-(-)-treóz
D-(-)-ribóz D-(-)-arabinóz D-(+)-xilóz D(-)-lixóz
TETRÓZOK
PENTÓZOK
D-ALDOHEXÓZOK
+ CHOH
Természetben előforduló L konfigurációjú cukrok:L-fukóz, L-ramnóz és L-arabinóz.
A D-sorbeli cukrok „családfája”
CHOCOHCH2OH
H
D-Glicer inaldehid
HOCOHCH2OH
CHOCH
H
D-Treóz
HCOHCH2OH
CHOCOH H
D-Er itróz
H
COHCH2OH
CH
CHOCHHO
O
H H
CHO
CHOCOH H
COHCH2OH
H H
COHCH2OH
HOCHOCHCOH
H H
COH
CHOCOH H
COHCH2OH
H
D-Lixóz D-Xilóz D-Arabinóz D-Ribóz
D-Lixóz D-Xilóz
CHO
HOCH
CH
CH
COH
HO
HO
H
CH2OH
H
HO
HO
COH
CH2OH
CH
COH H
CH
CHO CHO
COH
HOCH
CH
COH
H
HO
H
CH2OH CH2OH
H
HO
H
COH
CH
COH H
COH
CHO
D-Talóz D-Galaktóz D-Idóz D-Gulóz HOCH
HOCH
HCOHCH3
HCOH
CHO
6-dezoxi-D-galaktózD-Fukóz
D-Arabinóz D-Ribóz
CH2OH
H
H
HO
COH
COH
CH
CH
HO
CHO CHO
HCOH
CH
COH
COH
HO
H
H
CH2OH CH2OH
H
H
H
COH
COH
CHHO
COH
CHO CHO
COH
HCOH
COH
COH
H
H
H
CH2OH
D-Mannóz D-Glükóz D-Altróz D-Allóz
6-dezoxi-D-mannózD-Ramnóz
CH2OH
CH3
HCOH
HCOH
CH
HOCH
HO
CHO
Néhány ketóz
D-Talóz D-Galaktóz D-Idóz D-Gulóz
CH2OH
C=OC=O
HOCH
HOCH
HCOH
CH2OH
HOCH
HCOH
CH2OH CH2OH
HCOH
HOCH
COH
C=O
CH2OH
H
D-Tagatóz D-Szorbóz
Néhány ketóz
D-Fruktóz D-Pszikóz
CH2OHC=O
CH2OH
HCOH
HCOH HCOH
CH2OH
HCOH
HCOH
HOCH
C=O
CH2OH
D-Mannóz D-Glükóz D-Altróz D-Allóz
α-D-Pentofuranózok
HRibf
HOCH2O
OHO OH
OOH
OHOH
Xylf
HOCH2
Lyxf
HOO
OH
HOCH2
HO
HOCH2OHO
OH
Araf
α-D-pentopiranózok
HO HO
OHO
OH HOHO
HO
OH
O
Ribp Xylp
HOHO
OH
OHO HO
HO OH
OHO
ArapLyxp
α-D-Hexofuranózok
O
OHO OH
HOCH2OH
HAllf
HAltf
HOO
OHO
HOCH2OH
HO
OHOOH
HOCH2OH
Manf
O
OHOH
OH
HOCH2OH
Glcf
O
OHOOH
OH
H
HOH2CTalf
HOH2C
O
OHOH
OH OH
GalfHOH2COH
O
OHOHOH
GulfHOH2COH
O
OHOH
OH
Idof
α-D-Hexopiranózok
HO
CH2OHO
O O OHHHAllp
H
HOOHHOH2C
O
O OHAltp
HO
HOH2C OHO
OH
OH
ManpH
OHO
OHO
OCH2OHH
Talp
HCH2OH
OHO
OH
O
OHIdop
Glcp
CH2OH
HHO O
OH
OHO
Galp
H
H CH2OHO
OH
O
O
HO
Gulp
H
H CH2OHO
OH
O
O HO
Monoszacharidok
H OHC
CH2OH
OH
H OHC
H OHCH2OH
OH
HO HC
H OHCH2OH
OH
D-glicerinaldehid D-eritróz D-treóz
CH2OH
HOHO
OHOH
HC
HH
OH
HCH2OH
HO
OHOH
OHHC
HH
OH
HCH2OHOHOHOHH
C
HH
OH
CH2OH
HOHO
OH
OH
HC
HH
OH
H
D-glükóz D-mannóz D-galaktózD-ribóz
D-fruktózCH2OH
HO
OHOH
OCH2OH
HHH
α-D-fruktóz β-D-fruktóz
HO
HO
HOCH2O CH2OH
OH
HO
HO
HOCH2O OH
CH2OH
Monoszacharidok
A cukrok szerkezete
aldóz
D-glükóz(D-Glc)
L-Glükóz(L-Glc)
D-mannóz D-fruktóz
enantiomerekepimerek
ketóz
CHOCCC
OHHHO
HHOH
CCH2OH
H OH
CHOOHH
HOH
HOH
CH2OHH OH
CHO
CH2OH
CHO
CH2OH
CHO
CH2OH
CH2OHO
HOH
HOH
CH2OHH OH
szerkezeti izomerek
Gyűrűs szerkezetek ábrázolása
A Reeves-féle konformációk glükopiranóz gyűrű esetén
C = Chair (szék) B = Boat (kád)
O
OH
O
OH
HH
OHOH
HH
5 1
3 24
45
1
23
O
OH
OH
HO OH123
4 5a
4C1 1C4 4B1 4C1 1C4
axiális OH
H
OH
HO
ekvator iális OH
A D-glükóz egyensúlyi rendszere
α anomer izáció
-D-Glcfβ-D-Glcfα
βO
OH
CH2OHHO OH
OHOH
O
OH
CH2OHHO
OH
HO
OHCHO
OHHOH2C
HO
(mutarotáció)anomer izáció
β
D-Glcpβ−-D-Glcpα
α
OHOH2C
HOHO
OHOH
OHO
HOH2C
HOHO
OH
O
OH
O
OH
HH
OHOH
HH
5 1
3 24
45
1
23
O
OH
OH
HO OH123
4 5a
4C1 1C4 4B1 4C1 1C4
axiale OH Gruppe
H
OH
HO
ekvator iale OH Gruppe
Konformeren
α
H
HO
HOH2C
HOHO
OHOH
H
Anomer isierung(Mutarotation)
HOH
H OHOH2C
HOHO
OHH
β
α-D-Glcp β-D-Glcp
Konfigurationsisomeren
O
HO
OHOH
HOHO
O
OH
HOHO
OHOH
O
OHOH
OH OH
OH
O OHOH
HOHO
HO
180o
azonosak
Vízszintes tengelymentén történő elforgatás
(64% )
egyensúly vizes oldatban + 18o+ 112o
(36% ) + 53o
D20[α]
[α]20
D
D20[α]
α
H
HO
HOH2C
HOHO
OHOH
H
α -D-Glcp
HOH
H OHOH2C
HOHO
OHH
β− D-Glcp
β
anomer izáció
(mutarotáció)
62%38%
mutarotáció
Néhány monoszacharid izomerjeinek vizes oldatban meghatározott egyensúlyi összetétele
Az egyensúly meghatározása 1H-NMR spektroszkópia segítségével
D-glükóz esetében a spektrumrészlet:5.35 4.75
3.5Hz7.5Hz
anomer)β−Η−1
(α− α−Η−1(β− anomer)
axiálisárnyékolt
p és σ* között
J a,a~ 7 - 10 Hz J a,e ill. J e,e ~ 1-4 Hz
(β) (α)
δ: anomer H ~4.5 - 5.5 ppm, δ He Haδ
van átfedésnincs átfedésX
OOX
Anomer effektus (Edward-Lemieux effektus)
Anomer effektus (Edward-Lemieux effektus)
O
OH
H
HH
anomericeffect
anomericeffect
O
H
O H
anomericeffect
sterical hinderance(1,3-interactions)sterical hindrance(1,3-interactions)
H
OH
F
H H
OH
repulsions F
H H
H
orbitalinteractions
O
H
O H
repulsions
antiperiplanarpositions
repulsions
repulsions
attractiveinteractions
Anomer Effekt (Edward-Lemieux Effekt)
A karbonilcsoport reakcióiAcetálképzés:
Monoszacharidok kémiai tulajdonságai
OHCHO
félacetál
ROH
acetál (glikozid)
R'SH-H2O
CdCO3HgCl2+H2O
R CHSR'
SR'
ditioacetál
ROH
ROHNBS
R CH
OR
OR
acetál
R CHO
HgO + HgBr 2
O
OH OR
O
Redoxreakciók
DIBAL: diizobutil-alumínium-hidrid
PCC = NHCrO3Cl
Piridínium-klorokromát
v. DIBALNa/Hg PCC
D-glükonsav-δ−lakton D-glucit (D-szorbit)
LiAlH4
v.NaBH4
D-glükóz
KMnO4
v.Br 2/H2O
OH
O
OH
OH
HOHO
O
OH
OH
HOHO
O
CH2OH
CH2OH
HNO3H2O, 100°C
glükársav
C
OHH
HO H
H OH
H OH
CH2OH
O
H
Br2H2O
D-glükóz
OHOHO
OH OH
OH
glükonsav (δ-lakton)δ
γ
βα
OHOHO
OH O
OH
C
OHH
HO H
H OH
H OH
C
O
OH
O
OH
Redukáló cukrokat onsavvá lehet oxidálni:
Fehling-reagens:I.: vizes CuSO4II.: lúgos K-Na-tartarátelegye: Cu2O
Tollens-reagens:AgNO3 vizes ammóniásoldata: ezüsttükör
D-glükársav-1,4;-3,6-dilakton
O
OO O
OH
OH
D-glükársav-1,4-lakton D-glükársav D-glükársav-3,6-lakton
OC
O
HOCOOH
OHH
OH
OC
O
HCOOH
OHOH
OH
COOHOH
HOOHOH
COOH
1
43
65
2
Laktonképzés
D-glükársav-(1,4:3,6)-dilakton
Uronsavak – biológiai jelentőség
D-glükársav-1,4-lakton D-glükuronsav
Na(Hg)
CHO
COOH
OHO
HO
CHO
OH
OOHOOH
O
CHHOCOOH
OH
C-vitamin (L-aszkorbinsav)
ROH
UDP-glükuronsav RO-glükuronid
O PO
OO CH2
O
OHOH
HN
NO
OOHO
HO
CHO
O PO
O
OOH
OC
ORHO
HOHO OOH
O
OH
O
HCH2OHHO
OH
Gegen die Oxidation ist die C-1 halbacetale OH Gruppe mehr reaktiv (oxidierbar),als die C-6 primär-alkoholische OH Gruppe. Deshalb kann die selektive Oxidationvon C-6 OH Gruppe erst nach den Schutz von C-1 Atom durchgeführt werden.(In den lebenden Körpern wird diese Oxidation durch enzymatischen Weg stattgefunden werden.)
D-Glucose
D-Glucuronsäure
O
OHOH
HOHO
OH
O
OO
HOHO
OH
CH3C CH3
O
OO
HOHO
OH
CH3C CH3
OO
OHOH
HOHO
OHO
O2 / Pt-C, H2O, 50oC
Oxidation
O CCH3
CH3
Schutz gegendie Oxidation
H
Reakció fenil-hidrazinnal
PhCH
C
N NH
R
N NH Ph
fenil-hidrazon CH
C O
R
N NH Ph
C
CH N NH Ph
OHH
R
C
CHO
R
OHH
(osulose)oszazonoszon
CHO
C
R
O
Ph-NH-NH2
+ NH3
+Ph-NH2
Ph-NH-NH2Ph-NH-NH2
Feltételezett mechanizmus
A hidroxilcsoportok reakciói
Reakciókészség: anomer OH > primer OH > szekunder OH(glikozidos OH)
Célja:
1.) Átmeneti védelem eltávolítható csoporttal
2.) A hidroxilcsoportok aktiválása szubsztitúció céljából (inverzió!)
3.) Permanens csoportok bevitele (a végtermékben is szükség van rá).
CHOH CHOR
átalakítás
Greene, T. W.; Wuts, P. G. M. Protective Groups in Organic Synthesis,3rd Ed.; John Wiley and Sons: New York, 1999; pp 219–229.
Észterek
Acetát
D-Glükóz
OHOH2C
HOHO
OHOH
OAcOH2C
AcOAcO
OAcOAc
OAcOH2C
AcOAcO
OAcBr
Ac2O/NaOAc Ac2O/ZnCl2
penta-O-acetil-β− glükopiranóz
penta-O-acetil-α− glükopiranóz
OAcOH2C
AcOAcO
OAcOAc
HBr AcOH
D D
Az acetilcsoportok eltávolítása (dezacetilezés):
Zemplén szerint metanolban katalitikus Na-metanoláttal (alkoholízis)
CH3O
+ CCH3O
OCH3
CH3OH
+CH3O
katalizátor
CHO C CH3
O
CHO C CH3
O
OCH3
CHO
CHOH
Benzoátok
COCl Py
-HCl(R-OBz)
CHOHO
CCHO
Eltávolítás:
C
O
CHOMeOHNaOMe
+ COOMeCHOH
Szulfonsavészterek előállítása
Mezilátok
Az aktivált csoport szubsztitúciós reakciója (SN2) során inverzió következik be.
+ Nu Nu C H + MsOC OMsH
Nu-: hlg-, RCOO-, N3-, RO-
+ TsClPy
-HCl CHO-Ts (R-OTs)CHOH
Tozilátok
+ CH3SO2ClPy
-HCl CHO-SO2-CH3 (R-OMs) CHOH
Jól távozó csoportok
Dezoxicukrok előállítása szulfonsavészterekből
SN + redukció
Metil-3,5-di-O-benzil-3-O-mezil-D-ribofuranozid Metil-3,5-di-O-benzil-2-dezoxi-D-ribofuranozid
OBnO
BnO OMs
OCH3O
BnO
BnO
OCH3
LiAlH4
Éterek
Allil
CHOHCH2=CH-CH2-Hlg
OHCHO-CH2-CH=CH2
prokirális centrum
(OAll)
CHO-CH2-Ph (OBn v. OBzl)H2/Pd-C
Ph-CH2-Hlg/OHCHOH
Benzil
(OMe)CHOCH3Ag2O v.NaH/DMSO
MeI v. Me2SO4CHOH
MetilSN reakció
Az allil-csoport eltávolítása propenil-csoporttá való átrendeződéssel történikPd/C jelenlétében.
CHOH + OCH-CH2-CH3
CHO-CH=CH-CH3AcOH/H2OPd/CCHO-CH2-CH=CH2
CHO CH
OH
CH2 CH3
Tritil (Trifenil-metil)Mint nagy térkitöltésű csoport, alkalmas a primer OH szelektív védelmére.
t-Butil-dimetilszilil
Eltávolítás: savas hidrolízissel (H2SO4/MeOH), vagy Bu4NF/THF
vagy
CH2O-TBDMSPy
TBDMS-ClCH2OH
CH2O Si
CH3 CH3
CH3
CH3CH3
D-glükopiranóz
OHOHO
OHOH
OH
OHOHO
OHOH
OTr
Ph3CCl /Et3N
kat./H2 v. H
6-O-tr itil-D-glükopiranóz
─TBDMS
Bifunkciós védőcsoportokA két hidroxil egyidejű védelmére aldehidekkel vagy ketonokkal képzettacetálokat használunk:
H2O +
R1
R2CHOH
OO
R1=R2=H
+
R2
R1
O+/
/R1=R2=H
HO OO
H
R1
aa
+ H2O
dioxolán típus(5 tagú gyűrű)
dioxán típus(6 tagú gyűrű)
CHOH
CHOH
CHOH
CH3
CH3
OO
aceton: benzaldehid: PhO
O
H
HO
H+CHO
CHOH
C
CH3
CH3CHOH
CHOH CH3
CH3CHO
CHO
H3C
CHO
CHOH
CCH3
OH-H2O
HCH3
C
CH3
O+
-H+
Vízelvonó szerek: H2SO4, ZnCl2, CuSO4, FeCl3
Izopropilidén
Kondenzáció acetonnal vízkilépés közbenVicinális cisz-helyzetű hidroxilcsopor t esetén
(1,2:5,6)-di-O-izopropilidén-α-D-
glükofuranóz
Az izopropilidén csoportok eltávolítása
O
O OHO
O O
AcOHH2O
OHO
O O
HO
HO
HClH2O
(1,2:5,6)-di-O-ip-D-Glcf 1,2-O-ip-D-Glcf
D-Glcp
OHHOHO
CH2OHO
OH
Benzilidén
Kondenzáció benzaldehiddel
+ CHO-H2O
+H2O
CHO
CHOCH*CHOH
CHOH
HOHO O
OH
OMe
OH
PhCHOZnCl2
OOPh
HOO
OH
OMe
Újabban: átacetálozás, PhC(OMe)2, p-TsOH,
S
H3C
O
O
OH
ZnCl2
OOPh
HOO
OH
OMe
HOPhCH2O O
OH
OMe
OH
HOPhCOO O
OH
OMe
Br
LiAlH4/AlCl3 NBS/hν
Benzilidénacetálok reduktív és oxidatív gyűrűnyitása
Halogenidek
O-R
OR-OHO
Hlg
HlgX
O
X lehet: OH, OMe, OAc (a leggyakrabban), OMs, OTs, O-Bz-p-NO2
Az acetobróm-cukrok Bárcai-Kőrösi (one-pot) szintézise:
Acetobróm-glükóz
AcOAcO
AcO
BrAc
Pentaacetil-glükopiranózD-Glcp
AcOCH2O
O
H2OP+Br 2
OAc
OAcO
AcOCH2
AcOHClO4
Ac2OHO
HOCH2O
OHHO OH
Az anomer halogenidek az anomer effektus elsősorban axiális(C5-O-C1 n C1-Br σ∗ kölcsönhatás ) térállásúak.
Oxidációs reakciók
OH csoportok oxidálása DMSO + vízelvonószer alkalmazásával
CH OH CH3-SO-CH3-H2O
C O + CH3-S-CH3+
Ha a vízelvonószer ecetsavanhidrid: Ac2O + H2O = 2 AcOH
+S O
H3C
H3CS
CH3
CH3
CR
ROC
H
R
R O S
CH3
CH3
OAcSH3C
H3C
OAc+ Ac R2CHOH
Moffat vízelvonószerként DCC-t alkalmazott:
(DCU)
NH C NH
O+H2O
N C N
Swern erre a célra oxalil-kloridot és trietil-amint használt.
O + DMS + CO + CO2 + Et3N HCl
+ DMSO + (COCl)2 + Et3N H C OH
CO Cl
CO Cloxalil-klorid
Redukciós reakciók
a) aldehid ill. ketocsoportok redukciója hidroxilcsoporttá:
D-allóz-diacetonid
O
O
OO
O
HO
red.ox.
red.
ox.
O
O
O
O
OO
D-glükóz-diacetonid
O
OOH
O
O
O
CHO
CHOHNaBH4
CH2OH
CHOH
CH2OH
CONaBH4
Diaceton-D-glükóz
Intermolekuláris éterekVédőcsoportok távollétében izomer keverékek keletkeznek:
for ralás
D-Glc α β: = 66 : 33
OMe
OHO OH
HO
HMeOH
CH2OH
OH
OHO
HO OH
OMeO
OH
OH
HOCH2OH
HMeOH
CH2OH
β-D-glükopiranozid
NaOCH3CH3OH
OHOHO
OHOR
OH
OAcOAcO
OAcOR
OAc
Ag2CO3- HBr+ R-OH
OAcOAcO
OAcBr
OAc
aglikonVédőcsoportok jelenlétében az anomercentrumot aktiváljuk.(Koenigs-Knorr-típusú glikozilezés)
Glikozidok
ROO
OR
ROO
SR ROO
O NH ROO
O OOR'H3CCCl3
tioglikozid tr iklóracetamidát or toészter
NIS-TfOH-40oCCH2Cl2
-45oCCH2Cl2
-30oCCH2Cl2TMSOTf TMSOTf
ROH
N
O
O
I
NISN-Iodsuccinimid
F3C S OH
O
O
TfOHTrifluormethansulfonsäure
F3C S O
O
O
Si
CH3
CH3
CH3
TMSOTfTrifluormethansulfonsäure-
trimethylsilylester
O
RO OR'α/β anomerkeverék
Glikozilezés különböző donorokkal
DiszacharidokOlyan glikozidok, amelyekben az aglikon is egy cukormolekula.Ha az aldóz anomer centruma szabad, akkor redukáló diszacharidról beszélünk.
HO
HOCH2O
HO O
HO
CH2OH
OHO
OHHO
α-glikozid-kötésβ-glikozid-kötés
Cellobióz
β-D-Glcp-(1 4)-β-D-Glcp
α
Maltóz -D-Glcp-(1 4)-D-Glcp
CH2OH
OH
HO
HOHOCH2
OO
HO OHO OH
CH2OH
OH
HOCH2HO
HO
O
OHO
OHO
HO
Nem redukáló diszacharidban mindkét cukor az anomer szénatommalvesz részt az éterkötés kialakításában, pl.:
Szacharóz(Nád- vagy répacukor)
Szacharóz= +66o, Fruktóz = -92o,
Glükóz = +53o, " Inver tcukor" = -39o
Hidrolíziskor a forgatás +ból -ba vált át, mert:
α -Glcp-(1 2)- β -D-Fruf
OO
HOHOOH
HOO
HOCH2
OH
OH
CH2OH
Cellulóz: β-D-glükoporanozil-(1,4)-β-D-glükopiranóz
Kitin: β-D-N-acetil-glükózamin β-(1,4)-kapcsolódású homopolimere
Keményítő: α-D-glükóz egységekből épül fel, melyek az amilózban α-(1,4)-kötésselkapcsolódnak össze. Helikális struktúra.
Az amilopektinben az α-(1,4) kötések mellett 15-22 egységenként α-(1,6) kötések is vannak. A keményítő a növényi tartaléktápanyag.
Az állati megfelelője a glikogén, aminek a felépítése megegyezik az amilopektinével.
Poliszacharidok
A maltóz polimerje az amilóz (keményítő), mely spirálist képez:
O
O
OO
O
O
-α -Glcp-(1 4)- α -D-Glcp-(1 4)-
A cellobióz polimerje a cellulóz, mely láncmolekulákat képez:
OO
OOO
O OO
OOO
OO
OOO O
OO
O
-β -Glcp-(1 4)- β -D-Glcp-(1 4)-
B. G. Davis, A. J. Fairbanks: Carbohydrate Chemistry Oxford University Press 2002.
Oligoszacharid szintézisA glikozidos kötés kialakítása
• két polifunkciós molekula SN reakciója• sztereoszelektivitás biztosítása: a glikozil donor anomer hidroxilcsoportjának
aktiválása megfelelő távozó csoport és reakciókörülmény alkalmazásával (C-2 szubsztituens, promóter).
• regioszelektivitás biztosítása: a glikozil akceptor hidroxil csoportjait megfelelő védőcsoporttal látjuk el a glikozilezni kívánt OH csoport kivételével. A donor molekula hidroxil csoportjait alkalmas módon szintén védeni kell.
• ortogonalitás: védőcsoportok kémiája, szelektíven eltávolítható egyik a másik mellől és fordítva.
• 1,2-transz (β-D-glüko) és 1,2-cisz glikozidok (α-D-glüko)PGO
OPGO
OPG
OPGPGOO
PGOPGO LG
OPG
PGOO
PGOO O
OPG
glikozílium kation
-LGPGO
OPGO
PGO
OPG
PGOO
PGOO
O
OPG
R R
Nu
PGOO
PGONGO LG
OPGPGO
OPGO
O
OPG
glikozílium kation
PGOO
PGOO
OPG-LG
R OR ONu
PGOO
PGOO
OPG
R O
Nu
PGOO
PGOPGO
OPG
Nu
PGOO
PGOPGO
OPG
Nu
aciloxónium kation tisztán, ill. nagyobbrészt béta
nagyobbrészt alfa
PG = protecting group (védőcsoport), LG = leaving group (távozó csoport),NG = neighbouring group (szomszéd csoport, pl. acil csoport)
Egy példa oligoszacharid szintézisreHeparán szulfát származék
K. Daragics, P. Fügedi Tetrahedron, 66 (2010) 8036-8046
CSA = kámforszulfonsav
1-naftil
O
Cl CA: klóracetil
NH2
NH
S
SHHDTC: hidrazin-ditiokarbonát CAN: cérium-ammónium-nitrát
CH3S+
SCH3
CH3
S FF
F
O-
OO
DMTST: dimetil(metiltio)szulfónium-triflát
Enzymatic disaccharide formation
B. G. Davis, A. J. Fairbanks: Carbohydrate Chemistry Oxford University Press 2002.
B. G. Davis, A. J. Fairbanks: Carbohydrate Chemistry Oxford University Press 2002.
B. G. Davis, A. J. Fairbanks: Carbohydrate Chemistry Oxford University Press 2002.
B. G. Davis, A. J. Fairbanks: Carbohydrate Chemistry Oxford University Press 2002.
Enantiomertisztavegyületek előállításának kiindulási anyagai
A. Ortiz et al., Org. Biomol. Chem., 10, 2012, 5253-5257
Szénhidrátok jelentősége
1) Biokémiai folyamatokC-vitaminnukleinsavakdezoxicukrok: DNS
2−dezoxi-D-r ibózHO
HOCH2O OH
dezoxi-aminocukrok
OHO OH
OH
NH2
HO
D-galaktózamin→heparin
2) GyógyszermolekulákAntibiotikumokVakcinák
Gyógyszermolekulák
Digitoxin - (Digitalis purpurea) szívhatású glikozidok3 D-digitoxóz + digitoxigenin aglikon
C-vitamin (L-aszkorbinsav)
Glikozid típusú antibiotikumok
Nem polién típusú makrolid antibiotikumokAglikonjuk makrociklusos laktongyűrűt tartalmazhat
eritromicin-A
nisztatin
A nisztatin aglikonja a konjugált polién szerkezeti egység mellett egy gyűrűs ketál részt is tartalmaz. Gombaölő hatású, növeli a sejtfal permeabilitását, miután kötődik az ergoszterinhez, és ezért a gomba sejtplazmája kidiffundál → a gomba sejtjei feloldódnak.
Polién típusú makrolid antibiotikumok
Policiklusos antibiotikumok
Antraciklin-glikozid antibiotikumok – négy, lineárisan kondenzált (részben hidrált)aromás gyűrűt tartalmaz, amelyhez szénhidrát is kapcsolódikRákellenes hatásúak, citotoxikusak
daunorubicindoxorubicin
Szénhidrát vakcinák
B. G. Davis, A. J. Fairbanks: Carbohydrate Chemistry Oxford University Press 2002.
Ciklodextrinek
• Anyagok védelme oxidáció és UV-degradáció ellen feldolgozás vagy tárolás során.
• Illat/aromaanyagok, fűszerek stabilizálása.
• Élelmiszer/gyógyszer keserűségének vagy kellemetlen illatának elfedése.
• Vízoldhatóság növelése.
• Szénhidrogének, szteroidok, zsírok, zsírsavak emulzifikálása.
• Kémiai reakciók katalízise.
• Kémiai reakciók közege.
• Elválasztástechnika (kromatográfia, kapilláris elektroforézis).
Ciklodextrinek alkalmazása
