Bèta-D-(-)-Arabinoseis een belangrijk chiraal suikermolecuul met een brede toepassingswaarde. Het heeft belangrijke toepassingen in farmaceutische synthese, voedseladditieven, dehydraterende middelen, cosmetica en andere gebieden. Daarom zijn er verschillende methoden om Beta-D-(-)-Arabinose te synthetiseren. Dit artikel introduceert voornamelijk enkele van de belangrijkste synthetische methoden.
Extractie van Beta-D-(-)-Arabinose uit natuurlijke producten:
De methode om Beta-D-(-)-Arabinose uit natuurlijke producten te extraheren is de meest directe en kan producten met een hoge zuiverheid verkrijgen. De meest voorkomende natuurlijke bron van Beta-D-(-)-Arabinose is xylan, een disacharide die is samengesteld uit D-xylose en D-glucose. Beta-D-(-)-Arabinose is een van de structurele eenheden van xylan. Xylan kan worden gevonden in plantencelwanden zoals lignine, pijnbomen die groeien in koude gebieden, enz.
De extractiemethode van Beta-D-(-)-Arabinose is dezelfde als die van xylan. Over het algemeen is de zuurmethode de meest gebruikte xylan-extractiemethode. Een xylanmonster wordt eerst toegevoegd aan een zure oplossing, verwarmd tot de suikermonomeren loskomen van de aggregaten, vervolgens gefilterd en gewassen. Na behandeling met xylan kan de Beta-D-(-)-Arabinose in de zure oplossing worden afgescheiden en gezuiverd door neutralisatie en kristallisatie.
Chemische synthese:
Momenteel zijn er veel effectieve chemische methoden beschikbaar voor de synthese van Beta-D-(-)-Arabinose. Hier zijn een paar manieren:
1. Glycogeenroute:
Dit is een van de meest voorkomende synthetische methoden
Stap 1: Verkrijg Xylose van Xylan:
De synthese van de glycogeenroute van Beta-D-(-)-Arabinose gaat uit van xylose. Xylose is een suiker met zes koolstofatomen die alom aanwezig is in celwanden van planten en kan worden verkregen door xylaan te hydrolyseren (meestal gewonnen uit planten).
Xylan plus H2O → Xylose plus andere suikers
Xylan is een polysaccharide dat is samengesteld uit meerdere xylosemoleculen en is meestal een kleurloze of bruine poederachtige substantie. De hydrolysereactie moet worden gekatalyseerd door een zuur of een enzym en voor de hydrolysereactie wordt gewoonlijk een zure katalysator gebruikt. Na hydrolyse kan xylose worden gebruikt om Beta-D-(-)-Arabinose te synthetiseren.
Stap 2: Zet xylose om in L-arabinose:
De omzetting van xylose in L-arabinose is een belangrijke stap in de synthese van Beta-D-(-)-Arabinose via de glycogeenroute. Dit proces vereist het gebruik van een reeks enzymen om een reeks reacties te katalyseren die xylose omzetten in arabinose.
Eerst wordt xylose via een katalytische reactie omgezet in D-xylose ketose.
Xylose plus ATP → D-xylose ketose plus ADP
Ten tweede zal D-xylose ketose worden omgezet in L-xylose ketose door middel van een isomerisatiereactie.
D-xylose-ketulose → L-xylose-ketulose
Vervolgens werd de door L-xyloseglusidase gekatalyseerde reactie onderworpen aan Cooper-cyclisatie om L-arabino-deoxy-hex-2-ulonaat te verkrijgen.
L-xylose ketose → L-arabinuronzuur
Gebruik ten slotte onder invloed van arabinuronzuur NADPH en glucosidase om arabinuronzuur te reduceren tot L-arabinose.
L-arabinuronzuur plus NADPH plus H plus → L-arabinose plus NADP plus
De derde stap: L-arabinose omzetten in Beta-D-(-)-Arabinose:
De omzetting van L-arabinose in Beta-D-(-)-Arabinose vereist een reeks enzymen om de reactie te katalyseren.
Eerst wordt L-arabinose gefosforyleerd om arabinose-6-fosfaat te vormen.
L-arabinose plus ATP → arabinose-6-fosfaat plus ADP
Vervolgens zet een hydrolysereactie arabinose-6-fosfaat om in bèta-D-(-)-arabinose-5-fosfaat (bèta-D-(-)-arabinose-5-fosfaat).
Arabinose-6-fosfaat plus H2O → Beta-D-(-)-arabinose-5-fosfaat
Ten slotte ondergaat bèta-D-(-)-arabinose-5-fosfaat defosforylering om bèta-D-(-)-arabinose te vormen.
Beta-D-(-)-arabinose-5-fosfaat → Beta-D-(-)-arabinose plus Pi
De synthese van de glycogeenroute van Beta-D-(-)-Arabinose gaat uit van xylose. Eerst wordt xylose verkregen uit xylan, vervolgens wordt xylose omgezet in L-arabinose en tenslotte wordt L-arabinose omgezet in Beta-D-(-)-Arabinose. Dit proces vereist het gebruik van meerdere door enzymen gekatalyseerde reacties, die elk van cruciaal belang zijn. Door deze synthesemethode kan zeer efficiënte, economische en zuivere Beta-D-(-)-Arabinose worden verkregen, wat een solide basis vormt voor toepassing op het gebied van biologie, geneeskunde en chemische synthese.
2. Reactie van Knight:
De methode, ontwikkeld in de jaren 1940, vereist polygechloreerde aromatische koolwaterstoffen als uitgangsmateriaal. Bij de Knight-reactie worden polygechloreerde aromatische koolwaterstoffen in reactie gebracht met een mengsel van zuur en detergens, waarna Obenzyl-D-arabinose samen met het mengsel wordt toegevoegd. Na een reeks stappen wordt Beta-D-(-)-Arabinose gesynthetiseerd.
Specifieke stappen zijn als volgt:
Stap 1: Om Beta-D-(-)-Arabinose te bereiden, moeten we eerst Beta-D-(-)-Arabinose-suiker en vooraf toegevoegde reagentia bereiden, en oxygenatie is een van de meest gebruikelijke productiemethoden. Het bestaat uit twee fasen: eerst ondergaat methyl-D-glucofuranoside een aromatiseringsreactie in aanwezigheid van jodiumzout om 4,6-O-methylanisolderivaten te verkrijgen; aromatiseert vervolgens in de 5-O-hoekpositie Gestructureerde reactie en vervolgens gereduceerd om Beta-D-(-)-Arabinose te verkrijgen.
Stap 2: Bereid de reagentia en oplosmiddelen voor die nodig zijn voor de Knight-reactie. Het is noodzakelijk om een fles met oplossing te bereiden die 30 ml 50 procent azijnzuur en 10 g bèta-D-(-)-arabinosesuiker bevat en op basis hiervan door te gaan met de volgende stappen.
Stap 3: Voeg zwavelzuur toe als zure katalysator. Voordat de zure katalysator wordt toegevoegd, moet 100 ml ethanol aan de reageerbuis worden toegevoegd, gevolgd door 0,1 ml geconcentreerd zwavelzuur.
Stap 4: Voeg boorzuur toe onder koelconditie. Nadat het oplosmiddelsysteem was afgekoeld tot kamertemperatuur, werd 150 ml isopropanol toegevoegd, en vervolgens werd 0,1 ml boorzuur toegevoegd en voorzichtig geroerd.
Stap vijf: Reactieverwarming. Verwarm in een oliebad met constante temperatuur gedurende ongeveer 40 tot 50 minuten om de aldose in de oplossing volledig te laten reageren om een suikerenolesterproduct te produceren.
Stap 6: katalytische hydrogenering. Nadat de reactie voltooid was, werd de reageerbuis uit het oliebad gehaald en afgekoeld tot kamertemperatuur. Voeg vervolgens 1 milliliter n-heptaan en 0.05 milliliter natriumwolframaatoplossing toe om de katalytische hydrogeneringsreactie uit te voeren, vaak enkele dagen wachten.
Stap 7: Pak het product uit. Het product werd door middel van onderdompeling uit de oplossing geëxtraheerd en het product werd geïdentificeerd en gekarakteriseerd door methoden zoals ultravioletspectroscopie, infraroodspectroscopie en kernmagnetische resonantie, en de structuur van het reactieproduct werd afgeleid.
3. Glycosidatiereactie:
Deze methode is ook erg populair en de grondstof is D-xyloside. Laat eerst D-xyloside en methanol reageren onder invloed van een katalysator om Obenzyl-D-arabinose te verkrijgen. Vervolgens wordt Obenzyl-D-arabinose in reactie gebracht met geoxideerd NaIO4 in aanwezigheid van het substraat, gevolgd door toevoeging van droge quaternaire ammoniumzouten, waardoor Beta-D-(-)-Arabinose wordt verkregen.
Kortom, Beta-D-(-)-Arabinose kan worden gesynthetiseerd met verschillende hierboven genoemde methoden, elke methode heeft zijn voor- en nadelen en verschillende methoden kunnen worden geselecteerd op basis van verschillende werkelijke behoeften.