Okrem technológie bola syntéza glykozidov vždy predmetom záujmu vedy, keďže ide o veľmi bežnú reakciu v prírode. Nedávne články Schmidta, Toshimu a Tatsutu, ako aj mnohé odkazy v nich citované, komentovali širokú škálu syntetických potenciálov.
Pri syntéze glykozidov sa viaccukrové zložky kombinujú s nukleofilmi, ako sú alkoholy, uhľohydráty alebo proteíny, ak je potrebná selektívna reakcia s jednou z hydroxylových skupín uhľohydrátu, všetky ostatné funkcie musia byť chránené v prvý krok. V zásade môžu enzymatické alebo mikrobiálne procesy vďaka svojej selektivite nahradiť zložité kroky chemickej ochrany a deprotekcie selektívne od glykozidov v oblastiach. Vzhľadom na dlhú históriu alkylglykozidov však aplikácia enzýmov pri syntéze glykozidov nebola široko študovaná a aplikovaná.
Vzhľadom na kapacitu vhodných enzýmových systémov a vysoké výrobné náklady nie je enzymatická syntéza alkylpolyglykozidov pripravená na povýšenie na priemyselnú úroveň a uprednostňujú sa chemické metódy.
V roku 1870 MAcolley oznámil syntézu „acetochlórhydrózy“ (1, obrázok 2) reakciou dextrózy (glukózy) s acetylchloridom, čo nakoniec viedlo k histórii ciest syntézy glykozidov.
Neskôr sa zistilo, že tetra-0-acetyl-glukopyranozylhalogenidy (acetohalogénglukózy) sú užitočné medziprodukty na stereoselektívnu syntézu čistých alkylglukozidov. V roku 1879 sa Arthurovi Michaelovi podarilo pripraviť jednoznačné, kryštalizovateľné arylglykozidy z Colleyho medziproduktov a fenolátov. (Aro-, obrázok 2).
V roku 1901, Michaelova syntéza na širokú škálu sacharidov a hydroxylových aglykónov, keď W. Koenigs a E. Knorr zaviedli svoj vylepšený stereoselektívny glykozidačný proces (obrázok 3). Reakcia zahŕňa substitúciu SN2 na anomérnom uhlíku a prebieha stereoselektívne s inverziou konfigurácie, pričom vzniká napr. ortuťové promótory.
V roku 1893 Emil Fischer navrhol zásadne odlišný prístup k syntéze alkylglukozidov. Tento proces je teraz dobre známy ako „Fischerova glykozidácia“ a zahŕňa kyslo katalyzovanú reakciu glykoz s alkoholmi. Akýkoľvek historický záznam by však mal zahŕňať aj prvý ohlásený pokus A. Gautiera v roku 1874 premeniť dextrózu na bezvodý etanol v prítomnosti kyseliny chlorovodíkovej. V dôsledku zavádzajúcej elementárnej analýzy sa Gautier domnieval, že získal „diglukózu“. Fischer neskôr ukázal, že Gautierova „diglukóza“ bola v skutočnosti hlavne etylglukozid (obrázok 4).
Fischer správne definoval štruktúru etylglukozidu, ako je možné vidieť z navrhnutého historického furanozidického vzorca. V skutočnosti sú produkty Fischerovej glykozidácie komplexné, väčšinou rovnovážne zmesi a/p-anomérov a izomérov pyranozid/furanozid, ktoré tiež obsahujú náhodne spojené glykozidové oligoméry.
Jednotlivé molekulárne druhy sa teda nedajú ľahko izolovať z Fischerových reakčných zmesí, čo bolo v minulosti vážnym problémom. Po určitom zlepšení tejto metódy syntézy Fischer následne pre svoje výskumy prijal syntézu Koenigs-Knorr. Použitím tohto procesu E.Fischer a B.Helferich boli prvými, ktorí v roku 1911 oznámili syntézu alkylglukozidu s dlhým reťazcom vykazujúceho povrchovo aktívne vlastnosti.
Už v roku 1893 si Fischer správne všimol základné vlastnosti alkylglykozidov, ako je ich vysoká stabilita voči oxidácii a hydrolýze, najmä v silne alkalickom prostredí. Obidve vlastnosti sú cenné pre alkylpolyglykozidy v aplikáciách povrchovo aktívnych látok.
Výskum týkajúci sa glykozidačnej reakcie stále prebieha a v nedávnej minulosti bolo vyvinutých niekoľko zaujímavých ciest ku glykozidom. Niektoré z postupov syntézy glykozidov sú zhrnuté na obrázku 5.
Vo všeobecnosti možno procesy chemickej glykozidácie rozdeliť na procesy vedúce ku komplexnej oligomérnej rovnováhe pri kyslom katalyzovanej glykozylovej výmene.
Reakcie na vhodne aktivovaných sacharidových substrátoch (Fischerove glykozidické reakcie a reakcie fluorovodíka (HF) s nechránenými sacharidovými molekulami) a kinetika riadené, ireverzibilné a hlavne stereotaxické substitučné reakcie. Druhý typ postupu môže viesť k vytvoreniu individuálnych druhov skôr ako v zložitých zmesiach reakcií, najmä v kombinácii s technikami ochranných skupín. Sacharidy môžu zanechávať skupiny na ektopickom uhlíku, ako sú atómy halogénu, sulfonylové alebo trichlóracetimidátové skupiny, alebo môžu byť aktivované zásadami pred konverziou na triflátové estery.
V konkrétnom prípade glykozidácií vo fluorovodíku alebo v zmesiach fluorovodíka a pyridínu (pyridíniumpoly[fluorovodík]) vznikajú glykozylfluoridy in situ a plynule sa premieňajú na glykozidy, napríklad s alkoholmi. Ukázalo sa, že fluorovodík je silne aktivujúce, nedegradujúce reakčné médium; rovnovážna autokondenzácia (oligomerizácia) sa pozoruje podobne ako pri Fischerovom procese, hoci mechanizmus reakcie je pravdepodobne odlišný.
Chemicky čisté alkylglykozidy sú vhodné len pre veľmi špeciálne aplikácie. Napríklad alkylglykozidy sa úspešne používajú v biochemickom výskume na kryštalizáciu membránových proteínov, ako je trojrozmerná kryštalizácia porínu a bakteriorhodopsínu v prítomnosti oktyl β-D-glukopyranozidu (ďalšie experimenty založené na tejto práci vedú k Nobelovej cena za chémiu pre Deisenhofera, Hubera a Michela v roku 1988).
V priebehu vývoja alkylpolyglykozidov sa v laboratórnom meradle použili stereoselektívne metódy na syntézu rôznych modelových látok a na štúdium ich fyzikálno-chemických vlastností v dôsledku ich zložitosti, nestability medziproduktov a množstva a kritickej povahy procesu. odpady, syntézy typu Koenigs-Knorr a iné techniky ochranných skupín by spôsobili značné technické a ekonomické problémy. Spôsoby Fischerovho typu sú porovnateľne menej komplikované a ľahšie uskutočniteľné v komerčnom meradle, a preto sú preferovaným spôsobom výroby alkylpolyglykozidov vo veľkom meradle.
Čas odoslania: 12. september 2020