بتا-D-(-)-آرابینوزیک مولکول قند کایرال مهم با ارزش کاربردی گسترده است. کاربردهای مهمی در سنتز دارویی، افزودنیهای غذایی، عوامل کمآبی، آرایشی و بهداشتی و سایر زمینهها دارد. بنابراین، روش های مختلفی برای سنتز Beta-D-(-)-Arabinose وجود دارد. این مقاله به طور عمده به معرفی برخی از روش های اصلی مصنوعی می پردازد.
استخراج بتا-D-(-)-آرابینوز از محصولات طبیعی:
روش استخراج Beta-D-(-)-Arabinose از محصولات طبیعی مستقیم ترین است و می توان محصولاتی با خلوص بالا به دست آورد. رایج ترین منبع طبیعی بتا-D-(-)-آرابینوز زایلان است که یک دی ساکارید متشکل از D-xylose و D-گلوکز است. بتا-D-(-)-آرابینوز یکی از واحدهای ساختاری زایلان است. زایلان را می توان در دیواره های سلولی گیاهی مانند لیگنین، درختان کاج که در مناطق سردسیر می رویند و غیره یافت.
روش استخراج Beta-D-(-)-Arabinose مانند زایلان است. به طور کلی، روش اسیدی رایج ترین روش استخراج زایلان است. یک نمونه زایلان ابتدا به محلول اسیدی اضافه می شود، تا زمانی که مونومرهای قند از سنگدانه ها جدا شوند حرارت داده می شود، سپس فیلتر شده و شسته می شود. پس از عملیات زایلان، بتا-D-(-)-آرابینوز موجود در محلول اسیدی را می توان با خنثی سازی و کریستالیزاسیون جدا و خالص کرد.
سنتز شیمیایی:
در حال حاضر، روش های شیمیایی موثر زیادی برای سنتز بتا-D-(-)-آرابینوز وجود دارد. در اینجا چند راه وجود دارد:
1. مسیر گلیکوژن:
این یکی از رایج ترین روش های مصنوعی است
مرحله 1: دریافت Xylose از Xylan:
سنتز مسیر گلیکوژن بتا-D-(-)-آرابینوز از زایلوز شروع می شود. زایلوز یک قند شش کربنه است که همه جا در دیواره سلولی گیاهان وجود دارد و می توان آن را با هیدرولیز زایلان (معمولاً از گیاهان استخراج می شود) به دست آورد.
زایلان پلاس H2O → زایلوز به اضافه قندهای دیگر
زایلان یک پلی ساکارید است که از چندین مولکول زایلوز تشکیل شده و معمولاً یک ماده پودری بی رنگ یا قهوه ای است. واکنش هیدرولیز باید توسط یک اسید یا یک آنزیم کاتالیز شود و معمولاً از یک کاتالیزور اسیدی برای واکنش هیدرولیز استفاده می شود. پس از هیدرولیز، زایلوز می تواند برای سنتز Beta-D-(-)-Arabinose استفاده شود.
مرحله 2: تبدیل زایلوز به ال آرابینوز:
تبدیل زایلوز به ال آرابینوز یک مرحله کلیدی در سنتز بتا-D-(-)-آرابینوز از طریق مسیر گلیکوژن است. این فرآیند مستلزم استفاده از مجموعه ای از آنزیم ها برای کاتالیز کردن یک سری واکنش است که زایلوز را به آرابینوز تبدیل می کند.
ابتدا زایلوز از طریق واکنش کاتالیزوری به D-xylose کتوز تبدیل می شود.
Xylose plus ATP → D-xylose کتوز به اضافه ADP
ثانیاً، D-xylose کتوز از طریق واکنش ایزومریزاسیون به L-xylose کتوز تبدیل می شود.
D-xylose کتولوز → L-xylose کتولوز
سپس، واکنش کاتالیز شده توسط L-xylose glusidase تحت چرخه کوپر قرار گرفت تا L-arabino-deoxy-hex-2-ulonate بدست آید.
L-xylose کتوز → L-arabinuronic acid
در نهایت، تحت تأثیر اسید آرابینورونیک، از NADPH و گلوکوزیداز برای کاهش اسید آرابینورونیک به ال-آرابینوز استفاده کنید.
اسید ال آرابینورونیک به اضافه NADPH به اضافه H + → L-آرابینوز به علاوه NADP پلاس
مرحله سوم: تبدیل L-arabinose به Beta-D-(-)-Arabinose:
تبدیل L-arabinose به Beta-D-(-)-Arabinose به مجموعه ای از آنزیم ها برای کاتالیز کردن واکنش نیاز دارد.
ابتدا، ال-آرابینوز فسفریله می شود تا آرابینوز{1}}فسفات تشکیل شود.
ال-آرابینوز به اضافه ATP → آرابینوز-6-فسفات به اضافه ADP
سپس، یک واکنش هیدرولیز، آرابینوز-6-فسفات را به بتا-D-(-)-آرابینوز-5-فسفات (بتا-D-(-)-آرابینوز{10}}فسفات تبدیل می کند.
آرابینوز-6-فسفات به اضافه H2O → بتا-D-(-)-آرابینوز-5-فسفات
در نهایت، بتا-D-(-)-آرابینوز{4}}فسفات تحت دفسفوریلاسیون برای تشکیل Beta-D-(-)-آرابینوز قرار می گیرد.
بتا-D-(-)-آرابینوز-5-فسفات → بتا-D-(-)-آرابینوز به اضافه پی
سنتز مسیر گلیکوژن بتا-D-(-)-آرابینوز از زایلوز شروع می شود. ابتدا زایلوز از زایلان به دست می آید سپس زایلوز به ال آرابینوز و در نهایت ال آرابینوز به بتا-D-(-)-آرابینوز تبدیل می شود. این فرآیند مستلزم استفاده از چندین واکنش کاتالیز شده توسط آنزیم است که هر کدام حیاتی هستند. از طریق این روش سنتز، بتا-D-(-)-آرابینوز بسیار کارآمد، مقرون به صرفه و خالص را می توان بدست آورد که پایه محکمی برای کاربرد آن در زمینه های زیست شناسی، پزشکی و سنتز شیمیایی فراهم می کند.
2. واکنش نایت:
این روش که در دهه 1940 توسعه یافت، به هیدروکربن های آروماتیک پلی کلره به عنوان ماده اولیه نیاز دارد. در واکنش نایت، هیدروکربن های آروماتیک پلی کلره با مخلوطی از اسید و مواد شوینده واکنش داده می شود و سپس Obenzyl-D-arabinose به مخلوط اضافه می شود. پس از یک سری مراحل، Beta-D-(-)-Arabinose سنتز می شود.
مراحل مشخص به شرح زیر است:
مرحله 1: برای تهیه Beta-D-(-)-Arabinose، ابتدا باید شکر Beta-D-(-)-Arabinose و معرف های از پیش اضافه شده را تهیه کنیم و اکسیژن رسانی یکی از متداول ترین روش های ساخت است. از دو مرحله تشکیل شده است: اول، متیل-D-گلوکوفورانوزید تحت واکنش آروماتیزاسیون در حضور نمک ید قرار می گیرد تا 4،{13}}مشتقات O-متیل آنیزول به دست آید. سپس در 5-واکنش ساختاریافته موقعیت زاویه O معطر میشود و سپس کاهش مییابد تا بتا-D-(-)-آرابینوز به دست آید.
مرحله 2: معرف ها و حلال های مورد نیاز برای واکنش نایت را آماده کنید. لازم است یک بطری محلول حاوی 30 میلی لیتر اسید استیک 50 درصد و 10 گرم قند بتا-D-(-)-آرابینوز تهیه کنید و مراحل بعدی را بر این اساس ادامه دهید.
مرحله 3: اسید سولفوریک را به عنوان کاتالیزور اسیدی اضافه کنید. قبل از افزودن کاتالیزور اسیدی باید 100 میلیلیتر اتانول به لوله آزمایش اضافه شود و سپس 0.1 میلیلیتر اسید سولفوریک غلیظ اضافه شود.
مرحله 4: اسید بوریک را در شرایط خنک کننده اضافه کنید. پس از خنک شدن سیستم حلال تا دمای اتاق، 150 میلیلیتر ایزوپروپانول و سپس 0.1 میلیلیتر اسید بوریک به آن اضافه شد و به آرامی هم زد.
مرحله پنجم: گرمایش با واکنش در یک حمام روغن با دمای ثابت به مدت حدود 40 تا 50 دقیقه حرارت دهید تا آلدوز در محلول کاملاً واکنش داده شود و محصول انول استر قند تولید شود.
مرحله 6: هیدروژناسیون کاتالیستی. پس از کامل شدن واکنش، لوله آزمایش از حمام روغن خارج شد و اجازه داد تا تا دمای اتاق خنک شود. سپس 1 میلی لیتر هپتان و 0.05 میلی لیتر محلول تنگستات سدیم اضافه کنید تا واکنش هیدروژناسیون کاتالیزوری انجام شود، اغلب باید چندین روز صبر کرد.
مرحله 7: محصول را استخراج کنید. محصول به روش غوطه وری از محلول استخراج شد و محصول با روش هایی مانند طیف سنجی فرابنفش، طیف سنجی مادون قرمز و تشدید مغناطیسی هسته ای شناسایی و مشخص شد و ساختار محصول واکنش استنباط شد.
3. واکنش گلیکوزیداسیون:
این روش نیز بسیار محبوب است و ماده اولیه آن D-xyloside است. ابتدا D-xyloside و متانول را تحت اثر یک کاتالیزور واکنش دهید تا Obenzyl-D-arabinose بدست آید. سپس، Obenzyl-D-arabinose با NaIO4 اکسید شده در حضور سوبسترا واکنش داده و به دنبال آن نمکهای آمونیوم چهارتایی خشک اضافه میشود و در نتیجه Beta-D-(-)-Arabinose بدست میآید.
در یک کلام، Beta-D-(-)-Arabinose را می توان با چندین روش ذکر شده در بالا سنتز کرد، هر روش مزایا و معایب خود را دارد و روش های مختلفی را می توان با توجه به نیازهای واقعی مختلف انتخاب کرد.