Teknologian lisäksi glykosidien synteesi on aina kiinnostanut tiedettä, koska se on hyvin yleinen reaktio luonnossa. Schmidtin ja Toshiman ja Tatsutan viimeaikaiset julkaisut sekä monet niissä mainitut viitteet ovat kommentoineet monenlaisia synteettisiä mahdollisuuksia.
Glykosidien synteesissä monisokerikomponentit yhdistetään nukleofiilien, kuten alkoholien, hiilihydraattien tai proteiinien kanssa, jos tarvitaan selektiivinen reaktio jonkin hiilihydraatin hydroksyyliryhmän kanssa, kaikki muut toiminnot on suojattava. ensimmäinen askel. Periaatteessa entsymaattiset tai mikrobiprosessit voivat selektiivisyytensä vuoksi korvata monimutkaiset kemialliset suojaus- ja suojauksenpoistovaiheet valikoivasti glykosideista alueilla. Alkyyliglykosidien pitkän historian vuoksi entsyymien käyttöä glykosidien synteesissä ei kuitenkaan ole tutkittu ja sovellettu laajasti.
Sopivien entsyymijärjestelmien kapasiteetin ja korkeiden tuotantokustannusten vuoksi alkyylipolyglykosidien entsymaattinen synteesi ei ole valmis nostettaviksi teolliselle tasolle ja kemialliset menetelmät ovat edullisia.
Vuonna 1870 MAcolley raportoi "asetokloorihydroosin" (1, kuva 2) synteesistä dekstroosin (glukoosin) reaktiolla asetyylikloridin kanssa, mikä johti lopulta glykosidisynteesireittien historiaan.
Tetra-0-asetyyliglukopyranosyylihalogenidien (asetohaloglukoosien) havaittiin myöhemmin olevan hyödyllisiä välituotteita puhtaiden alkyyliglukosidien stereoselektiivisessä synteesissä. Vuonna 1879 Arthur Michael onnistui valmistamaan tiettyjä, kiteytyviä aryyliglykosideja Colley'sin välituotteista ja fenolaateista. (Aro-, kuva 2).
Vuonna 1901 Michaelin synteesi useille hiilihydraateille ja hydroksyylisille aglykoneille, kun W.Koenigs ja E.Knorr esittelivät parannetun stereoselektiivisen glykosidaatioprosessinsa (Kuva 3). Reaktioon liittyy SN2-substituutio anomeeriseen hiileen ja se etenee stereoselektiivisesti konfiguraation käänteessä tuottaen esimerkiksi a-glukosidia 4 aseobromoglukoosin välituotteen 3 β-anomeerista. Koenigs-Knorr-synteesi tapahtuu hopean tai hopean läsnä ollessa. elohopeapromoottorit.
Vuonna 1893 Emil Fischer ehdotti täysin erilaista lähestymistapaa alkyyliglukosidien synteesiin. Tämä prosessi tunnetaan nykyään hyvin nimellä "Fischer-glykosidaatio", ja se käsittää glykoosien happokatalysoidun reaktion alkoholien kanssa. Kaikkien historiallisten selvitysten tulisi kuitenkin sisältää myös A. Gautierin ensimmäinen raportoima yritys vuonna 1874 muuttaa dekstroosi vedettömällä etanolilla suolahapon läsnä ollessa. Harhaanjohtavan alkuaineanalyysin vuoksi Gautier uskoi saaneensa "diglukoosia". Fischer osoitti myöhemmin, että Gautier'n "diglukoosi" oli itse asiassa pääasiassa etyyliglukosidia (kuva 4).
Fischer määritteli etyyliglukosidin rakenteen oikein, kuten voidaan nähdä ehdotetusta historiallisesta furanosidikaavasta. Itse asiassa Fischerin glykosidaatiotuotteet ovat monimutkaisia, enimmäkseen tasapainoisia a/β-anomeerien ja pyranosidi/furanosidi-isomeerien seoksia, jotka sisältävät myös satunnaisesti liittyneitä glykosidioligomeerejä.
Näin ollen yksittäisiä molekyylilajeja ei ole helppo eristää Fischer-reaktioseoksista, mikä on ollut vakava ongelma aiemmin. Tämän synteesimenetelmän jonkin verran parantamisen jälkeen Fischer otti myöhemmin käyttöön Koenigs-Knorr-synteesin tutkimuksiinsa. Tätä menetelmää käyttämällä E.Fischer ja B.Helferich raportoivat ensimmäisenä vuonna 1911 pitkäketjuisen alkyyliglukosidin synteesin, jolla oli pinta-aktiivisia ominaisuuksia.
Jo vuonna 1893 Fischer oli oikein havainnut alkyyliglykosidien olennaiset ominaisuudet, kuten niiden korkean stabiilisuuden hapettumista ja hydrolyysiä vastaan, erityisesti vahvasti emäksisessä väliaineessa. Molemmat ominaisuudet ovat arvokkaita alkyylipolyglykosideille pinta-aktiivisten aineiden sovelluksissa.
Glykosidaatioreaktioon liittyvä tutkimus jatkuu edelleen ja lähimenneisyydessä on kehitetty useita mielenkiintoisia reittejä glykosideille. Kuvassa 5 on yhteenveto eräistä glykosidien synteesin menetelmistä.
Yleisesti ottaen kemialliset glykosidaatioprosessit voidaan jakaa prosesseihin, jotka johtavat monimutkaisiin oligomeeritasapainoihin happokatalysoidussa glykosyylivaihdossa.
Reaktiot asianmukaisesti aktivoiduilla hiilihydraattisubstraateilla (Fischer-glykosidireaktiot ja fluorivetyreaktiot suojaamattomien hiilihydraattimolekyylien kanssa) ja kinetiikka kontrolloidut, palautumattomat ja pääasiassa stereotaksiset substituutioreaktiot. Toisen tyyppinen menetelmä voi johtaa yksittäisten lajien muodostumiseen pikemminkin kuin monimutkaisiin reaktioseoksiin, varsinkin kun se yhdistetään suojeluryhmätekniikoihin. Hiilihydraatit voivat jättää ryhmiä ektooppiseen hiileen, kuten halogeeniatomeja, sulfonyylejä tai triklooriasetimidaattiryhmiä, tai ne voivat aktivoitua emäksillä ennen muuntamista triflaattiestereiksi.
Erityisessä glykosidaatioissa fluorivetyssä tai fluorivedyn ja pyridiinin seoksissa (pyridiniumpoly[fluorivety]) glykosyylifluorideja muodostuu in situ ja ne muuttuvat tasaisesti glykosideiksi, esimerkiksi alkoholien kanssa. Fluorivedyn osoitettiin olevan voimakkaasti aktivoiva, hajoamaton reaktioväliaine; tasapainoautokondensaatio (oligomerisaatio) havaitaan samalla tavalla kuin Fischer-prosessi, vaikka reaktiomekanismi on luultavasti erilainen.
Kemiallisesti puhtaat alkyyliglykosidit soveltuvat vain hyvin erikoissovelluksiin. Esimerkiksi alkyyliglykosideja on käytetty menestyksekkäästi biokemiallisessa tutkimuksessa kalvoproteiinien kiteyttämiseen, kuten poriinin ja bakteerirodopsiinin kolmiulotteiseen kiteytykseen oktyyli-β-D-glukopyranosidin läsnä ollessa (tähän työhön perustuvat lisäkokeet johtavat Nobelin kemian palkinto Deisenhoferille, Huberille ja Michelille vuonna 1988).
Alkyylipolyglykosidien kehityksen aikana stereoselektiivisiä menetelmiä on käytetty laboratoriomittakaavassa erilaisten malliaineiden syntetisoimiseen ja niiden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien tutkimiseen johtuen niiden monimutkaisuudesta, välituotteiden epästabiilisuudesta sekä prosessin määrästä ja kriittisestä luonteesta. jätteet, Koenigs-Knorr-tyyppiset synteesit ja muut suojaryhmätekniikat aiheuttaisivat merkittäviä teknisiä ja taloudellisia ongelmia. Fischer-tyyppiset prosessit ovat verrattain vähemmän monimutkaisia ja helpompia toteuttaa kaupallisessa mittakaavassa ja ovat siten edullinen menetelmä alkyylipolyglykosidien valmistamiseksi suuressa mittakaavassa.
Postitusaika: 12.9.2020