Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


Трансформирующие реакции

Проблема региоспецифичности реакций моносахаридов, как мы видели, может быть разрешена при помощи системы защитных групп. Помимо этого при направленных трансформациях моносахаридов необходимо еще обеспечить их стереоспецифичность, так как в большинстве случаев такие реакции протекают у одного из асимметрических центров и приводят к соединениям, в которых новая группировка также связана с асимметрическим атомом углерода. В целом среди важнейших типов органических реакций наибольшими возможностями, с точки зрения обеспечения стереоспецифичности, обладают ионные реакции, т.е. те, которые протекают через заряженные или высоко поляризованные промежуточные продукты или переходные состояния. Именно такие реакции являются главными инструментами при работе химика-синтетика с углеводами.

Одним из наиболее употребительных типов реакций в этой области являются реакции нуклеофильного замещения при одном из углеродных атомов производного моносахарида. Вот общая схема протекания таких реакций:

Результатом реакции является обмен заместителей при центральном углеродном атоме. Реагентами служат отрицательно заряженные или нейтральные частицы, имеющие неподеленную пару электронов, так называемые нуклеофилы, такие, например, как HO: -, :CN -, CH 3 COO: -, N 3 -, R 3 N: и т.п. При реакции связь С-Х разрывается таким образом, что уходящая группа Х уносит электронную пару, составляющую ковалентную связь. Для того, чтобы реакция протекала достаточно эффективно, важно, в частности, чтобы Х была, как говорят, хорошо уходящей группой, т.е. имела бы достаточно большое сродство к электрону и образовывала бы достаточно стабильную частицу с неподеленной электронной парой. Хорошие уходящие группы – это те, например, которые при отщеплениии дают высоко стабильные анионы (Cl -, Br -, CH 3 SO 2 O - и т.п.)

Спиртовые гидроксилы – основной тип функции в моносахаридах – по ряду причин являются плохими уходящими группами в нуклеофильном замещении. Поэтому их обычно модифицируют, превращая в эфиры сульфокислот (сульфонаты), чаще всего в эфиры метаносульфокислоты (мезилаты, на схемах обычно обозначаемые знаком Ms) или п-толуолсульфокислоты (тозилаты, обозначаемые обычно Ts). Остаток сульфокислоты – хорошая уходящая группа, легко замещаемая во множестве реакций нуклеофильного замещения, а сам синтез мезилатов и тозилатов выполняется весьма просто, обычно обработкой спирта соответствующим хлорангидридом в пиридине по схеме:

Большое разнообразие нуклеофилов, способных замещать сульфонилоксигруппы в сахарах по механизму S N 2, открывает богатейшие синтетические возможности. Так, например, замещение ацетатом или бензоатом приводит к соответствующим легко омыляемым эфирам, т.е. ведет в конечном счете к обращению конфигурации одного асимметрического центра; замещение на азид с последующим восстановлением позволяет синтезировать аминодезоксисахара; замена на иод или серу ведет к галогендезокси- и к тиосахарам.

Как известно, спирты сравнительно легко окисляются: первичные до карбоновых кислот, а вторичные – до кетонов.

Окисление спиртовых групп в производных моносахаридов по таким схемам широко применяется в синтетической практике. Окисление первично-спиртовой группы служит для синтеза уроновых кислот.

Введение кетогруппы в производные моносахаридов открывает богатейшие синтетические возможности, связанные с чрезвычайно многообразной реакционной способностью карбонильной группы. Основным путем получения таких кетонов служит оксиление производных, содержащих одну вторичную гидроксильную группу. В сравнении с обычными спиртами вторично-спиртовые группы в сахарих поддаются окислению с некоторым трудом. Поэтому для этих целей приходится применять энергичные окислители, такие, как четырехокись рутения или комбинация диметилсульфоксида с реагентами типа ангидридов (уксусный ангидрид, P 2 O 5, дициклогексилкарбодиимид и некоторые другие). Несмотря на некоторую экзотичность этих окислителей, их широко применяют в химии углеводов. Такие методы дают сейчас синтетику возможность окисления практически любой вторично-спиртовой группы и, следовательно, введения карбонильной функции в почти любое желаемое положение.

Восстановительные реакции в химии углеводов употребляются главным образом для введения дезоксизвена и для перехода от карбонильных производных к спиртам, а также для удаления бензильной защиты. Каталитический гидрогенолиз галоген-дезоксисахаров, главным образом иодидов, а также тиопроизводных, ведет к образованию дезоксисахаров по схеме:

Для синтеза 6-дезоксигексоз обычно применяют ионное восстановление тозилатов алюмогидридом лития (вторичные тозилаты восстанавливаются иначе).

Восстанавливая карбонильную группу комплексными гидридами металлов, например боргидридом натрия, можно получить соответствующие спирты. В циклических кетонах направление подхода реагента и, следовательно, конфигурация образующегося спирта контролируются пространственными факторами, что нередко может обеспечить высокую стереоспецифичность реакции.

Если нужно удлинить цепь углеродных атомов исходного моносахарида или внести в нее разветвления, то возникает необходимость в образовании новых С-С-связей. Наибольшее значение для достижения этих целей имеют реакции карбонильных групп моносахаридов и их производных с реагентами, содержащими нуклеофильный атом углерода, такими, как магнийорганические соединения (например, 87), синильная кислота (88), диазометан (89), илиды (например, 90) и т.п. Общая особенность этих соединений состоит в том, что их можно рассматривать, по крайней мере формально, как доноры карбанионов: частиц с неподеленной электронной парой и отрицательным зарядом на атоме углерода.

Карбонильная группа сильно поляризована: электроны двойной связи оттянуты к атому кислорода, вследствие чего на нем сосредоточен частичный отрицательный заряд, а на атоме углерода – частичный положительный. Поэтому карбонильная группа легко подвергается нуклеофильной атаке, неизменно направленной на ее углеродный атом. В случае соединений с нуклеофильным атомом углерода, как иногда говорят, С-нуклеофилов, такие реагенты приводят к образованию новых С-С-связей.

Конденсация кетопроизводных моносахаридов, содержащих карбонильную группу в циклической системе, может протекать с высокой стереоселективностью, если другие заместители создают значительную неэквивалентность пространственного окружения «верхней» и «нижней» стороны карбонильной группы. В подобных случаях подход реагента осуществляется предпочтительно со стороны наименее экранированной другими группами в молекуле, что и обусловливает образование нового асимметрического центра с определенной конфигурацией. На таких реакциях основаны многие синтезы моносахаридов с разветвленной цепью.

Для синтеза высших сахаров с неразветвленной углеродной цепью применяют сходные реакции С-нуклеофилов с альдегидными группами альдоз. Один из наиболее старых методов в этой области – циангидринный синтез, о котором мы уже говорили в связи с работой Фишера по установлению конфигурации моносахаридов. Использование в подобных реакциях производных моносахаридов с защищенными спиртовыми гидроксилами и свободной альдегидной группой, так называемых аль-форм сахаров значительно расширяет круг применимых реагентов и, следовательно, синтетические возможности реакций. Аналогичное применение находят производные моносахаридов с защищенным гликозидным центром и содержащие альдегидную группу на противоположном конце углеродной цепи.

Предыдущая страница | Следующая страница

СОДЕРЖАНИЕ


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн