Beeta-D-(-)-arabinooson oluline kiraalne suhkru molekul, millel on lai kasutusväärtus. Sellel on olulised rakendused farmaatsia sünteesis, toidu lisaainetes, dehüdreerivates ainetes, kosmeetikas ja muudes valdkondades. Seetõttu on beeta-D-(-)-arabinoosi sünteesimiseks erinevaid meetodeid. See artikkel tutvustab peamiselt mõnda peamist sünteesimeetodit.
Beeta-D-(-)-arabinoosi ekstraheerimine looduslikest toodetest:
Looduslikest toodetest beeta-D-(-)-arabinoosi ekstraheerimise meetod on kõige otsesem ja sellega saab saada kõrge puhtusastmega tooteid. Kõige tavalisem beeta-D-(-)-arabinoosi looduslik allikas on ksülaan, mis on D-ksüloosist ja D-glükoosist koosnev disahhariid. Beeta-D-(-)-arabinoos on üks ksülaani struktuuriüksusi. Ksülaani võib leida taimede rakuseintes nagu ligniin, külmades piirkondades kasvavad männipuud jne.
Beeta-D-(-)-arabinoosi ekstraheerimismeetod on sama, mis ksülaanil. Üldiselt on happemeetod kõige sagedamini kasutatav ksülaani ekstraheerimismeetod. Ksülaaniproov lisatakse esmalt happelisele lahusele, kuumutatakse, kuni suhkru monomeerid on agregaatidest eraldunud, seejärel filtreeritakse ja pestakse. Pärast ksülaaniga töötlemist saab happelises lahuses sisalduva beeta-D-(-)-arabinoosi eraldada ja puhastada neutraliseerimise ja kristallimisega.
Keemiline süntees:
Praegu on beeta-D-(-)-arabinoosi sünteesiks saadaval palju tõhusaid keemilisi meetodeid. Siin on mõned viisid.
1. Glükogeeni tee:
See on üks levinumaid sünteesimeetodeid
1. samm: hankige Xylanist ksüloos:
Beeta-D-(-)-arabinoosi glükogeeni süntees algab ksüloosist. Ksüloos on kuue süsinikuga suhkur, mis esineb kõikjal taimeraku seintes ja mida saab saada ksülaani hüdrolüüsil (tavaliselt ekstraheeritakse taimedest).
Ksülaan pluss H2O → Ksüloos pluss muud suhkrud
Ksülaan on polüsahhariid, mis koosneb mitmest ksüloosi molekulist ja on tavaliselt värvitu või pruun pulbriline aine. Hüdrolüüsireaktsiooni tuleb katalüüsida happe või ensüümiga ning hüdrolüüsireaktsiooniks kasutatakse tavaliselt happekatalüsaatorit. Pärast hüdrolüüsi saab ksüloosi kasutada beeta-D-(-)-arabinoosi sünteesimiseks.
2. samm: ksüloosi teisendamine L-arabinoosiks:
Ksüloosi muundamine L-arabinoosiks on beeta-D-(-)-arabinoosi sünteesi võtmeetapp glükogeeni teel. See protsess nõuab ensüümide komplekti kasutamist, et katalüüsida rea reaktsioone, mis muudavad ksüloosi arabinoosiks.
Esiteks muudetakse ksüloos katalüütilise reaktsiooni kaudu D-ksüloosi ketoosiks.
Ksüloos pluss ATP → D-ksüloosketoos pluss ADP
Teiseks muudetakse D-ksüloosi ketoos isomeerimisreaktsiooni kaudu L-ksüloosi ketoosiks.
D-ksüloosketuloos → L-ksüloosketuloos
Seejärel viidi L-ksüloosglusidaasi poolt katalüüsitud reaktsioon läbi Cooperi tsükliseerimise, et saada L-arabino-desoksüheksa -2-ulonaat.
L-ksüloosi ketoos → L-arabinuroonhape
Lõpuks kasutage arabinuroonhappe toimel NADPH-d ja glükosidaasi, et redutseerida arabinuroonhape L-arabinoosiks.
L-arabinuroonhape pluss NADPH pluss H plus → L-arabinoos pluss NADP pluss
Kolmas samm: L-arabinoosi muutmine beeta-D-(-)-arabinoosiks:
L-arabinoosi muundamine beeta-D-(-)-arabinoosiks nõuab reaktsiooni katalüüsimiseks ensüümide komplekti.
Esiteks fosforüülitakse L-arabinoos, moodustades arabinoos-6-fosfaadi.
L-arabinoos pluss ATP → arabinoos-6-fosfaat pluss ADP
Seejärel muudab hüdrolüüsireaktsioon arabinoos-6-fosfaadi beeta-D-(-)-arabinoos-5-fosfaadiks (beeta-D-(-)-arabinoos-5-fosfaadiks).
Arabinoos-6-fosfaat pluss H2O → beeta-D-(-)-arabinoos-5-fosfaat
Lõpuks läbib beeta-D-(-)-arabinoos-5-fosfaat defosforüülimise, moodustades beeta-D-(-)-arabinoosi.
Beeta-D-(-)-arabinoos-5-fosfaat → beeta-D-(-)-arabinoos pluss Pi
Beeta-D-(-)-arabinoosi glükogeeni süntees algab ksüloosist. Kõigepealt saadakse ksüloos ksülaanist, seejärel muudetakse ksüloos L-arabinoosiks ja lõpuks L-arabinoos beeta-D-(-)-arabinoosiks. See protsess nõuab mitme ensüümi katalüüsitud reaktsiooni kasutamist, millest igaüks on kriitilise tähtsusega. Selle sünteesimeetodi abil on võimalik saada ülitõhusat, ökonoomset ja puhast beeta-D-(-)-arabinoosi, mis annab kindla aluse selle rakendamiseks bioloogia, meditsiini ja keemilise sünteesi valdkondades.
2. Rüütli reaktsioon:
1940. aastatel välja töötatud meetod nõuab lähteainena polüklooritud aromaatseid süsivesinikke. Knighti reaktsioonis lastakse polüklooritud aromaatsed süsivesinikud reageerida happe ja detergendi seguga ning seejärel lisatakse koos seguga obensüül-D-arabinoos. Pärast mitmeid etappe sünteesitakse beeta-D-(-)-arabinoos.
Konkreetsed sammud on järgmised.
1. samm: beeta-D-(-)-arabinoosi valmistamiseks peame esmalt valmistama beeta-D-(-)-arabinoosi suhkru ja eellisatud reaktiivid ning hapnikuga varustamine on üks levinumaid tootmismeetodeid. See koosneb kahest etapist: esiteks läbib metüül-D-glükofuranosiid aromatiseerimisreaktsiooni joodisoola juuresolekul, et saada 4,6-O-metüülanisooli derivaate; seejärel aromatiseerub 5-O-nurga asendis Struktureeritud reaktsioon ja seejärel redutseeritakse beeta-D-(-)-arabinoosi saamiseks.
2. samm: valmistage ette Knighti reaktsiooniks vajalikud reaktiivid ja lahustid. On vaja valmistada pudel lahust, mis sisaldab 30 ml 50-protsendilist äädikhapet ja 10 g beeta-D-(-)-arabinoosi suhkrut, ning jätkata selle alusel järgmiste sammudega.
3. samm: lisage happekatalüsaatorina väävelhape. Enne happelise katalüsaatori lisamist tuleks katseklaasi lisada 100 ml etanooli ja seejärel 0,1 ml kontsentreeritud väävelhapet.
4. samm: lisage jahutustingimustes boorhape. Pärast lahustisüsteemi jahutamist toatemperatuurini lisati 150 ml isopropanooli, seejärel 0,1 ml boorhapet ja segati õrnalt.
Viies samm: reaktsioonikuumutamine. Kuumutage konstantse temperatuuriga õlivannis umbes 40–50 minutit, et lahuses olev aldoos saaks täielikult reageerida suhkru enoolestri produktiks.
6. etapp: katalüütiline hüdrogeenimine. Pärast reaktsiooni lõppemist võeti katseklaas õlivannist välja ja lasti jahtuda toatemperatuurini. Seejärel lisage katalüütilise hüdrogeenimisreaktsiooni läbiviimiseks 1 milliliiter n-heptaani ja 0,05 milliliitrit naatriumvolframaadi lahust, sageli tuleb oodata mitu päeva.
7. samm: ekstraheerige toode. Produkt ekstraheeriti lahusest sukeldumismeetodil ning saadus identifitseeriti ja iseloomustati selliste meetoditega nagu ultraviolettspektroskoopia, infrapunaspektroskoopia ja tuumamagnetresonants, ning tuletati reaktsioonisaaduse struktuur.
3. Glükosidatsioonireaktsioon:
See meetod on samuti väga populaarne ja selle tooraineks on D-ksülosiid. Esmalt pange D-ksülosiid ja metanool reageerima katalüsaatori toimel, et saada obensüül-D-arabinoos. Järgmisena pannakse obensüül-D-arabinoos reageerima oksüdeeritud NaIO4-ga substraadi juuresolekul, millele järgneb kuivade kvaternaarsete ammooniumisoolade lisamine, saades seeläbi beeta-D-(-)-arabinoosi.
Ühesõnaga beeta-D-(-)-arabinoosi saab sünteesida mitme ülalmainitud meetodi abil, igal meetodil on omad plussid ja miinused ning erinevaid meetodeid saab valida vastavalt erinevatele tegelikele vajadustele.