Борисова Т.Н., Варламов А.В., и др. Основы органической химии
Подождите немного. Документ загружается.
б) Окисление с помощью конц. HNO
3
.
к. HNO
3
- NO
C
OHH
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
O
H
C
OHH
HHO
OHH
OHH
C
O
OH
O
O
H
D-глюкоза D-глюкаровая кислота
При использовании концентрированной HNO
3
, кроме карбонильной
группы, окисляется концевая CH
2
-OH группа и образуется ряд гликаровых
(аровых, альдаровых, сахарных) кислот
.
из D-маннозы D-маннаровая кислота
из D-галактозы D-галактаровая кислота
Гликоновые и гликаровые кислоты самопроизвольно образуют γ- и δ-
лактоны, например:
C
OHH
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
O
OH
H
C
OHH
HHO
H
OHH
CH
2
OH
O
O
α
β
γ
- H
2
O
D-глюконовая кислота D-γ-глюконолактон
Если альдозы легко окисляются (аналогично альдегидам), то кетозы
устойчивы к указанным выше окислителям. Исключение составляет наличие
реакции серебряного зеркала за счет образования ендиола в щелочной среде
реактива Толенса. Промежуточный ендиол может превращаться в
соответствующие альдозы, которые и окисляются, давая реакцию
серебряного зеркала. В случае D-фруктозы под действием реактива Толенса
образуются D-глюкоза и D-манноза, которые и окисляются.
216
C
C
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
OH
H
H
O
кето-енольная
таутомерия
C
C
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
H
O H
O H
C
HO H
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
O
H
D-фруктоза ендиол
D-манноза
Ag(NH
3
)
2
OH
- Ag
C
OHH
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
O
H
D-глюкоза
COOH
HO H
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
D-манноновая кислота
COOH
OHH
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
D-глюконовая кислота
- Ag
Превращение носит название перегруппировки Лобри де Брюйна – Ван
Экенштейна и по существу является следствием кето-енольной таутомерии,
характерной для альдоз и кетоз. Эту реакцию также можно отнести реакции
эпимеризации, т.е. превращению одного изомера в другой.
Витамин С – L-аскорбиновая и L-дегидроаскорбиновая кислоты являются
производными L-гулоновой кислоты. Витамин С обеспечивает
иммунологический статус человеческого организма. Исходными
соединениями для биосинтеза аскорбиновых кислот являются D-глюкоза или
D-галактоза. В промышленности аскорбиновые кислоты получают из D-
глюкозы.
217
COOH
HHO
HHO
OHH
HHO
CH
2
OH
O
O
OH
OH
H
CH
2
OH
HO H
H
H
1
2
3
4
5
6
L-гулоновая кислота
L-γ-гулонолактон
O
O
O
O
H
CH
2
OH
HO H
γ-лактон 2,3-дегидро-L-
гулоновой кислоты
O
O
OHOH
H
CH
2
OH
HO H
L-аскорбиновые кислоты
γ-лактон 2,3-дикето-L-
гулоновой кислоты
2. Восстановление
C
OHH
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
O
H
D-глюкоза
NaBH
4
CH
2
OH
OHH
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
D-глюцит (сорбит)
При восстановлении моноз образуются многоатомные спирты,
называющиеся глицитами (альдитами).
из D-маннозы D-маннит
из D-галактозы D-галактит
Глициты (особенно манниты) широко распространены в растительном
мире (водоросли, оливки, лук), обеспечивая сладковатый вкус растениям.
Сорбит является заменителем сахарозы (сахара), но практически не
усваивается.
218
При восстановлении кетоз образуются два диастереомерных глицита (два
варианта атаки Н:
Ө
на карбонил и образование нового С*).
CH
2
OH
C
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
O
D-фруктоза
NaBH
4
CH
2
OH
HO H
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
D-маннит
+
CH
2
OH
OH
HHO
OH
OHH
CH
2
OH
H
H
D-глюцит
3.Взаимодействие с гидроксиламином и фенилгидразином
а)
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
O
H
H
2
N-OH
- H
2
O
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
H
NOH
D-арабиноза оксим D-арабинозы
б)
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
H
H
2
N-NH-C
6
H
5
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
OH
C
O
H
OHH
CH N NHC
6
H
5
изб.
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
O
CH N N-C
6
H
5
H
D-глюкоза
H
H
219
- H
2
N-C
6
H
5
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
O
CH
NH
H
2
N-NHC
6
H
5
H
2
N-NHC
6
H
5
- H
2
O
- NH
3
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
N
CH N NHC
6
H
5
NHC
6
H
5
1
2
3
4
5
6
озазон D-глюкозы
D-глюкоза, D-манноза и D-фруктоза образуют один и тот же озазон,
поскольку в этих соединениях совпадают конфигурации асимметрических
атомов С
∗
3
, С
∗
4
и С
∗
5
.
Озазоны используют для идентификации моноз.
4.Образование бисульфитного производного
Монозы не образуют бисульфитного производного, причиной является
пространственный фактор - наличие большого количества гидроксильных
групп затрудняет образование соединения. Ниже приведена цепочка реакций,
позволяющих получить бисульфитное производное.
C
H OH
OHH
OHH
CH
2
OH
O
H
2 CH
3
SH
H
+
C
H OH
OHH
OHH
CH
2
OH
H
SCH
3
SCH
3
изб.(CH
3
CO)
2
O
- CH
3
COOH
C
H OCOCH
3
OCOCH
3
H
OCOCH
3
H
CH
2
OCOCH
3
H
SCH
3
SCH
3
H
2
O/Cd
2+
,Hg
2+
(защита ОН-групп)
(снятие
тиозащиты)
D-рибоза
(защита
карбонильной
группы)
тиоацеталь
C
H OCOCH
3
OCOCH
3
H
OCOCH
3
H
CH
2
OCOCH
3
H
O
NaHSO
3
C
H OCOCH
3
OCOCH
3
H
OCOCH
3
H
CH
2
OCOCH
3
H
OH
SO
3
Na
бисульфитное производное
тетраацетата D-рибозы
220
5.Последовательность реакций для удлинения цепи моноз (синтез
Килиани-Фишера).
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
OH
C N
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
O
H
H-C N
H
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
HO
C N
H
+
2 H
2
O/H
+
CH(OH)
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
C
O
OH
обозначение
2
х
возможных
конфигураций
С
∗
2
- H
2
O
α
β
γ
D-арабиноза нитрилы D-глюконовой и
D-манноновой кислот (эпимеры)
D-глюконовая и
D-манноновая кислоты
CH(OH)
HHO
H
OHH
CH
2
OH
C
O
O
Na/Hg
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
C
O
H
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
C
O
H
HHO
H OH
+
γ-лактоны
D-глюконовой и
D-манноновой кислот
D-глюкоза D-манноза
6. Последовательность реакций для укорачивания цепи моноз
(деградация по Руффу)
C
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
O
H
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
C
O
H
H OH
+
Br
2
/H
2
O
CaCO
3
HHO
OHH
OHH
CH
2
OH
C
O
O
H OH
Ca
H
2
O
2
Fe
3+
CaCO
3
+ H
2
O
2
D-глюкоза
D-арабиноза
2
2
7.Эпимеризация- превращение монозы в ее эпимер.
При длительном стоянии в щелочных растворах моноз образуются смеси
эпимеров. Превращение моноз в щелочной среде происходит через образование
ендиолов.
221
C
H
OH
OHH
OHH
CH
2
OH
O
H
OH
-
C
C
OH
OHH
OHH
CH
2
OH
OH
H
C
H
HO
OHH
OHH
CH
2
OH
O
H
D-рибоза промежуточный
ендиол
D-арабиноза
H
2
C
C
O
OHH
OHH
CH
2
OH
OH
H
2
C
C
OH
C OH
OHH
CH
2
OH
OH
и т.д.
D-рибулоза
II. Реакции циклической формы
В циклических формах моноз имеются два типа гидроксильных групп –
полуацетальный гидроксил, который называется гликозидным и остальные
уппы, называемые гликозными.
гидроксильные гр
-ОН* - гликозидный гидроксил (полуацетальный)
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
H
OH
*
-ОН - гликозный гидроксил (группы, аналогичные
НО-
группам многоатомных спиртов)
Реакционная способность гликозидного гидроксила выше реакционной
способности гликозных гидроксилов.
1.Алкилирование
а)моноалкилирование (в реакции участвует только гликозидный гидроксил).
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
H
OH
1м CH
3
CH
2
OH
HCl
- H
2
O
O
CH
2
OH
H
H
OCH
2
CH
3
H
OH
OH
H
H
OH
α-этилглюкопиранозид
или α-глю
козид
газ
222
Полученное соединение относится к ряду О-гликозидов (ацеталей). Из
маннозы получают маннозиды, из галактозы – галактозиды.
Классификация гликозидов
Гликозиды – циклические формы моно- и олигосахаридов (биоз, триоз,
…), в которых остаток циклической формы связан с другим органическим
остатком – агликоном через гетероатом. Различают О,N,S,C – гликозиды.
Связь между гликозильным остатком и агликоном называется гликозидной.
В зависимости от числа атомов углерода в цикле различают фуранозиды,
пиранозиды, септанозиды.
Наличие углеводного остатка при агликоне увеличивает гидрофильность
соединения, что является важным фактором при включении его в метаболизм.
Часто гликозиды выполняют роль специфических маркеров на поверхности
клеток.
O
H
OR
R - углеводородный остаток
О-гликозиды
Цикло-цепная таутомерия и мутаротация отсутствуют.
Сапонины – сердечные гликозиды, относятся к О-гликозидам, отвечают за
частоту сердечных сокращений.
N-гликозиды
O
H
NHR
Характерны цикло-цепная таутомерия и мутаротация.
S-гликозиды
O
H
SR
Цикло-цепная таутомерия и мутаротация отсутствуют.
C-гликозиды
O
H
R
223
Цикло-цепная таутомерия и мутаротация отсутствуют.
б) полиалкилирование
Алкилирующие агенты:
1) изб.CH
3
I/NaOH или Ag
2
O
2) (CH
3
O)
2
SO
2
/NaOH
(диметилсульфат)
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
H
OH
изб. CH
3
I/NaOH
O
CH
2
OCH
3
H
H
OCH
3
H
OCH
3
OCH
3
H
H
O
α-метил-2,3,4,6-тетра-О-
метил-D-глюкопираноза
CH
3
1
23
4
5
6
+ NaI + 5H
2
O
2. Ацилирование
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
H
OH
изб.(CH
3
CO)
2
O
O
CH
2
OCOCH
3
H
H
OCOCH
3
OCOCH
3
OCOCH
3
H
H
O
α-ацетил-2,3,4,6-тетра-О-ацетил-D-глюкозы
(пентаацетат D-глюкозы)
CH
3
OC
+ 5 CH
3
COOH
Использование пентаацетатов в синтезе производных моноз:
а) классический метод синтеза гликозидов по Кенигсу и Кнорру
O
CH
2
OAc
H
H
OAc
H
OAc
OAc
H
H
O
Ac=COCH
3
R=алкил
Ac
HHaI сух.
O
CH
2
OAc
H
H
X
H
OAc
OAc
H
H
O
Ac
HaI=Cl,Br
,,
ROH
Ag
2
CO
3
O
CH
2
OAc
H
H
OR
H
OAc
OAc
H
H
O
Ac
ацетогалогеноза тетраацетат α-алкил-
глюкопиранозида
- AgHaI
-CO
2
б) получение С-гликозидов
O
CH
2
OAc
H
H
Br
H
OAc
OAc
H
H
O
Ac
O
CH
2
OAc
H
H
CH
2
-CH=CH
2
H
OAc
OAc
H
H
O
Ac
С-глюкозид
CH
2
=CH-CH
2
MgCl
(CH
3
CO)
2
O
(растворитель)
- MgClBr
224
3. Фосфолирилирование - это превращение углеводов в сложные эфиры
фосфорной кислоты – фосфаты.
O
H
H
OH
OH
H
H
OH
CH
2
OH
H
O⎯P⎯OH
OH
O
ΗΟ⎯P=O
HO
HO
O
H
H
OH
OH
H
H
OH
CH
2
OPO
3
H
2
H
OPO
3
H
2
1-фосфат α-D-глюкозы
(эфир Кори)
фосфорная
кислота
1,6-дифосфат α-D-глюкозы
Химический синтез фосфатов сложен, хотя многие из фосфатов были
получены синтетически. Фосфаты играют исключительную роль в
жизнедеятельности организмов. Фосфатами являются РНК, ДНК, ряд
ферментов (НАДФ, АТФ) (см. тему “Гетероциклические соединения”).
Реакционная способность гликозидов
1.Гидролиз и отношение к реактивам Толленса и Фелинга
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
H
OH
O
CH
2
OH
H
H
OCH
2
CH
3
H
OH
OH
H
H
OH
H
2
O/H
+
/t°
гидролиз
- С
2
H
5
OH
циклоцепная таутомерия
H
2
O
Ag(NH
3
)
2
OH
или раствор
Фелинга
нет реакции
нет реакции, растворение
Гликозиды – невосстанавливающая форма моноз, для них не характерна
цикло-цепная таутомерия.
2.Получение гликуроновых кислот
O
C
H
H
OCH
3
H
OH
OH
H
H
OH
O
CH
2
OH
H
H
OCH
3
H
OH
OH
H
H
OH
KMnO
4
O
OH
H
3
O
+
t°
- CH
3
OH
O
C
H
H
OH
H
OH
OH
H
H
OH
O
OH
α-метилглюкозид
α-метилглюкозид
D-глю
куроновой кислоты
α-аномер
D-глю
куроновой кислоты
225