Beta-D-(-)-Arabinoseהיא מולקולת סוכר כיראלית חשובה עם ערך יישום רחב. יש לו יישומים חשובים בסינתזה פרמצבטית, תוספי מזון, סוכני התייבשות, קוסמטיקה ותחומים אחרים. לכן, ישנן שיטות שונות לסנתז Beta-D-(-)-Arabinose. מאמר זה יציג בעיקר כמה מהשיטות הסינתטיות העיקריות.
מיצוי של Beta-D-(-)-Arabinose ממוצרים טבעיים:
שיטת הפקת Beta-D-(-)-Arabinose ממוצרים טבעיים היא הישירה ביותר וניתן להשיג מוצרים בעלי טוהר גבוה. המקור הטבעי הנפוץ ביותר של Beta-D-(-)-Arabinose הוא קסילן, שהוא דו-סוכר המורכב מ-D-xylose ו-D-גלוקוז. Beta-D-(-)-Arabinose היא אחת מהיחידות המבניות של קסילן. ניתן למצוא קסילן בדפנות תאי צמחים כמו ליגנין, עצי אורן הגדלים באזורים קרים וכו'.
שיטת המיצוי של Beta-D-(-)-Arabinose זהה לזו של קסילן. באופן כללי, שיטת החומצה היא שיטת מיצוי הקסילן הנפוצה ביותר. תחילה מוסיפים דגימת קסילן לתמיסה חומצית, מחממים עד שהמונומרים הסוכרים מתנתקים מהאגרגטים, ואז מסננים ושוטפים. לאחר טיפול בקסילן ניתן להפריד ולטהר את Beta-D-(-)-Arabinose הכלול בתמיסה החומצית על ידי נטרול והתגבשות.
סינתזה כימית:
נכון לעכשיו, קיימות שיטות כימיות יעילות רבות עבור סינתזה של Beta-D-(-)-Arabinose. הנה כמה דרכים:
1. נתיב גליקוגן:
זוהי אחת השיטות הסינתטיות הנפוצות ביותר
שלב 1: השג Xylose מ-Xylan:
סינתזת דרך הגליקוגן של Beta-D-(-)-Arabinose מתחילה מקסילוז. קסילוס הוא סוכר שישה פחמנים הנמצא בכל מקום בדפנות תאי הצמח וניתן להשיגו על ידי הידרוליזה של קסילן (בדרך כלל מופק מצמחים).
Xylan פלוס H2O → Xylose בתוספת סוכרים אחרים
קסילן הוא פוליסכריד המורכב ממולקולות קסילוז מרובות והוא בדרך כלל חומר אבקתי חסר צבע או חום. תגובת ההידרוליזה צריכה להיות מזרזת על ידי חומצה או אנזים, ובדרך כלל משתמשים בזרז חומצי לתגובת ההידרוליזה. לאחר הידרוליזה, ניתן להשתמש בקסילוז לסינתזה של Beta-D-(-)-Arabinose.
שלב 2: המרת קסילוז ל-L-arabinose:
ההמרה של קסילוז ל-L-arabinose היא שלב מפתח בסינתזה של Beta-D-(-)-Arabinose דרך הגליקוגן. תהליך זה דורש שימוש בקבוצה של אנזימים כדי לזרז סדרה של תגובות הממירות קסילוז לערבינוז.
ראשית, קסילוז הופך ל-D-xylose ketose באמצעות תגובה קטליטית.
Xylose plus ATP → D-xylose ketose plus ADP
שנית, D-xylose ketose יהפוך ל-L-xylose ketose באמצעות תגובת איזומריזציה.
D-xylose ketulose → L-xylose ketulose
לאחר מכן, התגובה המזוזת על ידי L-xylose glusidase בוצעה במחזור קופר כדי להשיג L-arabino-deoxy-hex-2-ulonate.
L-xylose ketose → L-arabinuronic acid
לבסוף, תחת פעולת חומצה ארבינורונית, השתמשו ב-NADPH ובגלוקוזידאז כדי להפחית חומצה ארבינורונית ל-L-arabinose.
L-arabinuronic acid פלוס NADPH פלוס H פלוס → L-arabinose פלוס NADP פלוס
השלב השלישי: המרת L-arabinose ל-Beta-D-(-)-Arabinose:
ההמרה של L-arabinose ל-Beta-D-(-)-Arabinose דורשת קבוצה של אנזימים כדי לזרז את התגובה.
ראשית, L-arabinose עובר פוספורילציה ליצירת ארבינוז-6-פוספט.
L-arabinose plus ATP → arabinose-6-phosphate plus ADP
לאחר מכן, תגובת הידרוליזה הופכת ארבינוז-6-פוספט ל-Beta-D-(-)-Arabinose-5-פוספט (Beta-D-(-)-arabinose-5-פוספט).
ארבינוז-6-פוספט בתוספת H2O → בטא-D-(-)-ארבינוז-5-פוספט
לבסוף, Beta-D-(-)-arabinose-5-פוספט עובר דה-פוספורילציה ליצירת Beta-D-(-)-Arabinose.
Beta-D-(-)-arabinose-5-phosphate → Beta-D-(-)-arabinose plus Pi
סינתזת דרך הגליקוגן של Beta-D-(-)-Arabinose מתחילה מקסילוז. ראשית, קסילוז מתקבל מקסילן, לאחר מכן קסילוז הופך ל-L-arabinose, ולבסוף L-arabinose הופך ל-Beta-D-(-)-Arabinose. תהליך זה מצריך שימוש במספר תגובות מזרזות אנזים, שכל אחת מהן היא קריטית. באמצעות שיטת סינתזה זו ניתן להשיג בטא-D-(-)-ארבינוז יעיל, חסכוני וטהור המהווה בסיס איתן ליישומה בתחומי הביולוגיה, הרפואה והסינתזה הכימית.
2. תגובתו של נייט:
השיטה, שפותחה בשנות ה-40, דורשת פחמימנים ארומטיים פולי-כלוריים כחומר המוצא. בתגובת הנייט, פחמימנים ארומטיים פולי-כלוריים מגיבים עם תערובת של חומצה ודטרגנט, ולאחר מכן מוסיפים אובנזיל-D-ארבינוז יחד עם התערובת. לאחר סדרה של שלבים, Beta-D-(-)-Arabinose מסונתז.
השלבים הספציפיים הם כדלקמן:
שלב 1: כדי להכין Beta-D-(-)-Arabinose, עלינו להכין תחילה סוכר Beta-D-(-)-Arabinose וריאגנטים שנוספו מראש, וחמצון היא אחת משיטות הייצור הנפוצות ביותר. היא מורכבת משני שלבים: ראשית, מתיל-D-glucofuranoside עובר תגובת ארומטיזציה בנוכחות מלח יוד לקבלת 4,6-נגזרות O-methyl anisole; לאחר מכן ניחוח ב5-מיקום O-angle תגובה מובנית, ולאחר מכן מופחת לקבלת Beta-D-(-)-Arabinose.
שלב 2: הכן את הריאגנטים והממסים הדרושים לתגובת Knight. יש צורך להכין בקבוק תמיסה המכיל 30 מ"ל של 50 אחוז חומצה אצטית ו-10 גרם סוכר Beta-D-(-)-Arabinose, ולהמשיך לשלבים הבאים על בסיס זה.
שלב 3: הוסף חומצה גופרתית כזרז חומצי. לפני הוספת הזרז החומצי, יש להוסיף 100 מ"ל אתנול למבחנה, ולאחר מכן 0.1 מ"ל חומצה גופרתית מרוכזת.
שלב 4: הוסף חומצת בור בתנאי קירור. לאחר קירור מערכת הממס לטמפרטורת החדר, נוספו 150 מ"ל איזופרפנול, ולאחר מכן נוספו 0.1 מ"ל חומצה בורית, וערבבו בעדינות.
שלב חמישי: חימום תגובה. מחממים באמבט שמן בטמפרטורה קבועה למשך כ-40 עד 50 דקות כדי להגיב לחלוטין לאלדוז בתמיסה לייצור מוצר אנול אסטר סוכר.
שלב 6: הידרוגנציה קטליטית. לאחר השלמת התגובה, המבחנה הוצאה מאמבט השמן והורתה להתקרר לטמפרטורת החדר. לאחר מכן הוסף 1 מיליליטר של n-heptane ו-0.05 מיליליטר של תמיסת נתרן טונגסטאט כדי לבצע תגובת הידרוגנציה קטליטית, לעתים קרובות יש להמתין מספר ימים.
שלב 7: חלץ את המוצר. התוצר הופק מהתמיסה בשיטת טבילה, והתוצר זוהה ואופיין בשיטות כמו ספקטרוסקופיה אולטרה סגולה, ספקטרוסקופיה אינפרא אדום ותהודה מגנטית גרעינית, ונגזר מבנה תוצר התגובה.
3. תגובת גליקוזידציה:
גם שיטה זו פופולרית מאוד, וחומר הגלם שלה הוא D-xyloside. ראשית, הגיבו D-xyloside ומתנול תחת פעולת זרז כדי להשיג Obenzyl-D-arabinose. לאחר מכן, Obenzyl-D-arabinose מגיב עם NaIO4 מחומצן בנוכחות המצע, ולאחר מכן הוספת מלחי אמוניום רבעוני יבשים, ובכך לקבל Beta-D-(-)-Arabinose.
במילה אחת, ניתן לסנתז את Beta-D-(-)-Arabinose בכמה שיטות שהוזכרו לעיל, לכל שיטה יש את היתרונות והחסרונות שלה, וניתן לבחור שיטות שונות לפי צרכים שונים בפועל.