Ud over teknologien har syntesen af glykosider altid været interessant for videnskaben, da det er en meget almindelig reaktion i naturen. Nylige artikler af Schmidt og Toshima og Tatsuta, såvel som mange referencer citeret deri, har kommenteret en bred vifte af syntetiske potentialer.
Ved syntesen af glycosider kombineres en multi-sukkerkomponent med nukleofiler, såsom alkoholer, kulhydrater eller proteiner, hvis en selektiv reaktion med en af hydroxylgrupperne i et kulhydrat er påkrævet, skal alle andre funktioner beskyttes i første skridt. I princippet kan enzymatiske eller mikrobielle processer, på grund af deres selektivitet, erstatte komplekse kemiske beskyttelses- og afbeskyttelsestrin til selektivt fra glycosider i regioner. På grund af alkylglycosiders lange historie er anvendelsen af enzymer i syntesen af glycosider imidlertid ikke blevet undersøgt og anvendt i vid udstrækning.
På grund af kapaciteten af egnede enzymsystemer og høje produktionsomkostninger er enzymatisk syntese af alkylpolyglycosider ikke klar til at blive opgraderet til det industrielle niveau, og kemiske metoder foretrækkes.
I 1870 rapporterede MAcolley syntesen af "acetochlorhydrose" (1, figur 2) ved reaktion af dextrose (glucose) med acetylchlorid, hvilket til sidst førte til historien om glycosidsynteseveje.
Tetra-0-acetyl-glucopyranosylhalogenider (acetohaloglucoser) viste sig senere at være nyttige mellemprodukter til den stereoselektive syntese af rene alkylglucosider. I 1879 lykkedes det Arthur Michael at fremstille bestemte, krystalliserbare arylglycosider fra Colleys mellemprodukter og phenolater. (Aro-, figur 2).
I 1901, Michaels syntese til en bred vifte af kulhydrater og hydroxyliske aglyconer, da W.Koenigs og E.Knorr introducerede deres forbedrede stereoselektive glykosideringsproces (figur 3). Reaktionen involverer en SN2-substitution ved det anomere carbon og forløber stereoselektivt med inversion af konfiguration, hvilket for eksempel producerer α-glucosidet 4 fra β-anomeren af aceobromoglucose-mellemproduktet 3. Koenigs-Knorr-syntesen finder sted i nærvær af sølv eller kviksølv promotorer.
I 1893 foreslog Emil Fischer en fundamentalt anderledes tilgang til syntesen af alkylglucosider. Denne proces er nu velkendt som "Fischer glycosideration" og omfatter en syrekatalyseret reaktion af glycoser med alkoholer. Enhver historisk beretning bør ikke desto mindre også omfatte A. Gautiers første rapporterede forsøg i 1874 på at omdanne dextrose med vandfri ethanol i nærværelse af saltsyre. På grund af en vildledende elementaranalyse mente Gautier, at han havde opnået en "diglucose". Fischer påviste senere, at Gautiers "diglucose" faktisk hovedsageligt var ethylglucosid (figur 4).
Fischer definerede strukturen af ethylglucosid korrekt, som det kan ses af den foreslåede historiske furanosidformel. Faktisk er Fischer-glykosideringsprodukter komplekse, for det meste ligevægtsblandinger af α/β-anomerer og pyranosid/furanosid-isomerer, som også omfatter tilfældigt koblede glycoside-oligomerer.
Derfor er individuelle molekylarter ikke lette at isolere fra Fischer-reaktionsblandinger, hvilket har været et alvorligt problem tidligere. Efter en vis forbedring af denne syntesemetode, adopterede Fischer efterfølgende Koenigs-Knorr-syntesen til sine undersøgelser. Ved at bruge denne proces var E.Fischer og B.Helferich de første, der rapporterede syntesen af et langkædet alkylglucosid, der udviste overfladeaktive egenskaber i 1911.
Så tidligt som i 1893 havde Fischer korrekt bemærket alkylglykosiders væsentlige egenskaber, såsom deres høje stabilitet over for oxidation og hydrolyse, især i stærkt alkaliske medier. Begge egenskaber er værdifulde for alkylpolyglycosider i overfladeaktive applikationer.
Forskning relateret til glykosideringsreaktionen er stadig i gang, og flere interessante veje til glykosider er blevet udviklet i den seneste tid. Nogle af procedurerne til syntese af glykosider er opsummeret i figur 5.
Generelt kan kemiske glykosideringsprocesser opdeles i processer, der fører til komplekse oligomerligevægte i syrekatalyseret glycosyludveksling.
Reaktioner på passende aktiverede kulhydratsubstrater (Fischer-glykosidreaktioner og hydrogenfluorid(HF)-reaktioner med ubeskyttede kulhydratmolekyler) og kinetik kontrollerede, irreversible og hovedsageligt stereotaksiske substitutionsreaktioner. En anden type procedure kan føre til dannelsen af individuelle arter snarere end i komplekse blandinger af reaktioner, især når de kombineres med konserveringsgruppeteknikker. Kulhydrater kan efterlade grupper på det ektopiske kulstof, såsom halogenatomer, sulfonyler eller trichloracetimidatgrupper, eller aktiveres af baser før omdannelse til triflatestere.
I det særlige tilfælde af glykosideringer i hydrogenfluorid eller i blandinger af hydrogenfluorid og pyridin (pyridiniumpoly [hydrogenfluorid]) dannes glycosylfluorider in situ og omdannes jævnt til glycosider, for eksempel med alkoholer. Hydrogenfluorid blev vist at være et stærkt aktiverende, ikke-nedbrydende reaktionsmedium; ligevægtsautokondensation (oligomerisering) observeres svarende til Fischer-processen, selvom reaktionsmekanismen sandsynligvis er anderledes.
Kemisk rene alkylglykosider er kun egnede til meget specielle anvendelser. For eksempel er alkylglycosider blevet brugt med succes i biokemisk forskning til krystallisation af membranproteiner, såsom den tredimensionelle krystallisation af porin og bacteriorhodopsin i nærvær af octyl β-D-glucopyranosid (yderligere eksperimenter baseret på dette arbejde fører til Nobelprisen pris i kemi til Deisenhofer, Huber og Michel i 1988).
I løbet af udviklingen af alkylpolyglykosider er stereoselektive metoder blevet brugt i laboratorieskala til at syntetisere en række modelstoffer og til at studere deres fysisk-kemiske egenskaber på grund af deres kompleksitet, ustabiliteten af mellemprodukter og mængden og den kritiske karakter af processen. wasters, synteser af Koenigs-Knorr-typen og andre beskyttelsesgruppeteknikker ville skabe betydelige tekniske og økonomiske problemer. Processer af Fischer-typen er forholdsvis mindre komplicerede og lettere at udføre i kommerciel skala og er følgelig den foretrukne metode til fremstilling af alkylpolyglycosider i stor skala.
Indlægstid: 12. september 2020