Скачать, 348Кб - Кафедра химии и технологии биологически

Реклама
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Московская государственная академия
тонкой химической технологии
им. М.В. Ломоносова
Кафедра химии и технологии
биологически активных соединений
им. Н.А. Преображенского
М.А. Маслов, Н.Г. Морозова
ОСНОВЫ ХИМИИ УГЛЕВОДОВ
Часть 1
СТРОЕНИЕ, СТЕРЕОХИМИЯ, ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ
Учебное пособие
МОСКВА 2005
УДК 547.917, 547.918
ББК 24.239
M31
Рецензент: д.х.н., проф. Каплун А.П. (кафедра биотехнологии МИТХТ
им. М.В. Ломоносова)
Маслов М.А., Морозова Н.Г.
Основы химии углеводов. Часть 1. Строение, стереохимия, защитные группы
Учебное пособие
М., МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2005
Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в
качестве учебного пособия.
Поз. № 235/2005.
В настоящем учебном пособии представлен материал по одному из разделов
биоорганической химии, а именно по структуре и химическим свойствам углеводов,
которые являются универсальными составляющими биополимеров. Изложены
вопросы строения, конфигурации и конформации моносахаридов. Рассмотрены
защитные группы, использующиеся в превращениях углеводных молекул при
создании гликозидной связи. Учебное пособие предназначено для студентов,
обучающихся по магистерской программе 550800 «Химия и технология биологически
активных веществ» и по специальности 070100 «Биотехнология»
© МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2005
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
4
1.
СТРУКТУРА И СТЕРЕОХИМИЯ МОНОСАХАРИДОВ
4
2.
КОНФОРМАЦИИ МОНОСАХАРИДОВ
10
3.
СТРАТЕГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ГРУПП
В УГЛЕВОДНОМ СИНТЕЗЕ
14
3.1. ВВЕДЕНИЕ
14
3.2. АЦИЛЬНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ
14
3.2.1.
РЕГИОСЕЛЕКТИВНОЕ АЦИЛИРОВАНИЕ УГЛЕВОДОВ 15
3.2.2.
КОМБИНИРОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ О-АЦИЛЬНЫХ
ГРУПП В ОРТОГОНАЛЬНЫЕ НАБОРЫ
3.2.3.
16
N-АЦИЛЬНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ
17
3.3. ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ АЛКИЛЬНОГО ТИПА
3.3.1.
19
БЕНЗИЛЬНАЯ И ЗАМЕЩЕННЫЕ БЕНЗИЛЬНЫЕ
ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ
19
3.3.2.
АЛЛИЛОВЫЕ ЭФИРЫ
21
3.3.3.
СИЛИЛОВЫЕ ЭФИРЫ
22
3.4. АЦЕТАЛЬНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ
23
3.5. ЗАЩИТА ГИДРОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ ПРИ
АНОМЕРНОМ ЦЕНТРЕ
25
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
28
3
Введение
Химия
углеводов
своими
целями
и
традициями
тесно
связана
с
биоорганической химией и молекулярной биологией, а корнями уходит глубоко в
общую органическую химию. На материале химии углеводов неоднократно были
сделаны открытия и высказаны идеи большого общехимического значения. Сюда
можно
отнести
первые
в
истории
примеры
выделения
индивидуального
органического вещества (сахарозы), ферментативного гидролиза, формулировку
идеи соучастия соседних групп в реакции. Для химии углеводов характерно
огромное многообразие природных структур и исключительная сложность объектов
исследования, реакционная способность которых даже в простейших случаях
управляется сложным и противоречивым переплетением конформационных и
электронных факторов. Все это создает множество специфических проблем,
которые
окружают
химию
углеводов
барьером,
малопроницаемым
для
исследователей и практиков, работающих в сопредельных областях.
1. Структура и стереохимия моносахаридов
Моносахаридами
называются
полиоксикарбонильные
соединения
–
полиоксиальдегиды (альдозы) или полиоксикетоны (кетозы), отличающиеся по
характеру входящей в их состав карбонильной группы. Более сложные углеводы –
олиго- и полисахариды – построены из моносахаридов, являющихся мономерами. В
настоящее время известно несколько сотен различных по структуре и стереохимии
моносахаридов. По числу углеродных атомов различают триозы, тетрозы, пентозы,
гексозы. Более детальная классификация, учитывающая оба приведенных признака,
различает альдопентозы, альдогексозы, кетопентозы, кетогексозы и т.д. Кроме
карбонильной и гидроксильных групп в молекулу моносахарида могут входить и
другие
функциональные
группы,
например
карбоксильная
или
аминогруппа.
Моносахариды, содержащие вместо одной или нескольких гидроксильных групп
аминогруппы,
называют
дезоксиаминосахарами
или
просто
аминосахарами.
Моносахариды, в которых наиболее удаленный от карбонильной группы углеродный
атом входит в состав карбоксильной группы, называются уроновыми кислотами.
В основу номенклатуры моносахаридов положены моносахариды состава
СnH2nOn с прямой цепью углеродных атомов (1). Для обозначения положения
заместителей в молекуле моносахарида принято нумеровать углеродный атом
4
таким образом, чтобы карбонильный углерод имел наименьший номер. В
наименовании производного указывается не только положение заместителя, но и
атом, с которым связан заместитель; например моносахарид (2), называют
2-дезокси-2-амино-4-О-метил-5-С-метилгексозой.
H
O
H
O
HCOH
HCNH2
HCOH
HCOH
HCOH
HCOCH 3
HCOH
H3C C OH
CH2OH
CH2OH
1
2
Строение и основные взаимоотношения моносахаридов были выяснены в
конце 19 века в результате классических работ Килиани, Толенса, Фиттига и в
особенности Э. Фишера и его учеников. Поскольку разнообразие моносахаридов
связано, прежде всего, с их стереохимическими различиями, а структуры наиболее
распространенных моносахаридов – пентоз и гексоз – различаются лишь числом
углеродных атомов или относительным расположением функциональных групп,
методы установления химического строения различных моносахаридов достаточно
близки.
Как известно, для соединения, имеющего n асимметрических атомов, число
стереоизомеров составляет 2n, таким образом, для альдоз (1) должно существовать
16 стереоизомеров, отличающихся по физико-химическим свойствам.
Наиболее простой и исторически первый способ изображения молекул,
содержащих асимметрические атомы, на плоскости был предложен Э. Фишером.
Для
H
C
OH
CHO
пространственную
D-глицеринового
CHO
плоскостному
структуру
альдегида,
изображению
(молекулу
содержащую
один
плоскостью бумаги, при этом угол, образуемый углеродуглеродными
HOH2C
к
асимметрический центр) помещают над горизонтальной
HOCH2
H
перехода
OH
связями,
должен
быть
обращен
к
плоскости чертежа, а углеродный атом с наименьшим
порядковым
числом
принято
располагать
на
максимальном удалении от глаза наблюдателя так,
чтобы при проектировании в плоскости он находился вверху. Тогда заместитель,
находящийся справа от вертикальной плоскости, в которой лежит углеродная цепь,
окажется на проекции справа от вертикали, а расположенный слева – слева. Если в
5
соединении
несколько
асимметрических
атомов,
применяют
тот
же
прием
последовательно ко всем парам асимметрических атомов.
Проекционные формулы Фишера дают возможность удобно и точно изображать
всю стереохимию моносахаридов, как абсолютную, так и относительную. Однако,
для
обозначения
абсолютной
конфигурации
необходимо
было
принять
определенную систему изображения на проекционных формулах. Она была
предложена Розановым и основывается на двух глицериновых альдегидах (3, 4),
являющихся антиподами.
CHO
H
CHO
HO
OH
CH2OH
H
CH2OH
4
3
Изомер 3 условились называть D-глицериновым альдегидом, а его антипод 4 –
L-глицериновым
альдегидом.
Соответственно,
все
асимметрические
атомы
углерода, имеющие на проекционных формулах гидроксильную группу справа, а
водородный атом слева от вертикальной линии обладают D–конфигурацией, а
асимметрические
атомы
с
противоположным
расположением
заместителей
L-конфигурацией.
В ряду альдоз принадлежность к D- или L-ряду определяется конфигурацией
хирального углеродного атома, имеющего наибольший порядковый номер. Таким
образом, моносахарид относится к D-ряду, если асимметрический атом с
наибольшим
порядковым
номером
имеет
ту
же
конфигурацию,
D-глицериновый альдегид.
АЛЬДОГЕКСОЗЫ
АЛЬДОПЕНТОЗЫ
CHO
CHO
H
OH
H
H
OH
HO
H
OH
CH2OH
CHO
H
OH
CH2OH
D -Глицериновый
альдегид
HO
OH
H
OH
CH2OH
D -Арабиноза
CHO
H
H
CH2OH
H
OH
H
H
OH
HO
H
OH
H
OH
H
H
OH
H
OH
H
CH2OH
D -Глюкоза
O
H
OH
OH
CH2OH
CH2OH
D -Аллоза
D -Фруктоза
H
H
HO
CHO
OH
D -Рибоза
CHO
КЕТОГЕКСОЗЫ
OH
H
OH
CHO
CHO
HO
H
H
HO
H
HO
H
OH
HO
H
OH
H
CH2OH
D -Манноза
CH2OH
D -Ксилоза
6
CH2OH
OH
O
H
H
H
HO
OH
CH2OH
D -Галактоза
H
OH
H
OH
CH2OH
D -Сорбоза
что
и
Однако,
оказалось,
что
изображение
моносахаридов
ациклическими
формулами не согласуется с рядом их химических свойств, что может быть
обусловлено существованием циклической структуры, в образовании которой
принимает участие альдегидная группа. Хеуорс систематическими исследованиями
доказал наличие циклической структуры производных моносахаридов, а затем внес
дополнения в номенклатуру моносахаридов. По его предложению, моносахариды,
образующие
шестичленный
тетрагидропирановый
цикл,
стали
называться
пиранозами, а моносахариды с пятичленным тетрагидрофурановым циклом –
фуранозами. Хеуорс пересмотрел также способ отображения структурных формул
моносахаридов, предложив так называемые перспективные формулы. Согласно его
предложению, циклическую молекулу моносахарида условно считают плоской.
Кислородный атом пиранозного кольца должен находиться на наибольшем
расстоянии от глаз наблюдателя справа у пиранозного кольца (у фуранозного
кольца
–
посередине),
а
углеродная
цепь,
обращенная
к
наблюдателю,
обозначается утолщенной линией. Заместители помещают сверху или снизу от
плоскости молекулы в зависимости от конфигурации соответствующего углеродного
атома.
5
4
3
O
2
Тетрагидропиран
O
4
1
3
1
2
H
1
OH
H
2
OH
HO
3
H
Тетрагидрофуран
H
4
5
4
O
HO
OH
OH
3
O
1
OH
OH
2
5
CH2
5b
5a
Сравнивая
в
случае
пентоз
проекционную
формулу
Фишера
(5а)
и
перспективную Хеуорса (5b), можно заметить, что группы, расположенные в
формуле 5b сверху от плоскости кольца, на формуле Фишера (5а) помещаются
слева, а группы находящиеся под кольцом лежат справа.
В
случае
гексопираноз,
гексофураноз
и
всех
высших
сахаров
при
преобразовании ациклической структуры в циклическую необходимо учитывать
возникновение дополнительного асимметрического атома углерода (С-5). Поскольку
в формуле Хеуорса кислород цикла располагается в одной плоскости с углеродной
цепью, необходимо так перестроить формулу Фишера, чтобы атом кислорода
находился на одной прямой с углеродными атомами (6b→6c). Для этого в формуле
6b надо сначала поменять местами кислород и СН2ОН группу, а затем, чтобы
7
сохранить конфигурацию при С-5, поменять местами СН2ОН и Н при С-5. Переходя
от формулы 6с к перспективной 6d, группы расположенные справа от вертикальной
прямой нужно поместить снизу от плоскости кольца, а расположенные слева –
сверху.
CHO
H
OH
HO
H
HO
H
H
OH
CH2OH
D -Галактоза, 6a
HO
1
H
H
2
OH
HO
3
H
HO
4
O
H
HO
1
H
H
2
OH
HO
3
H
HO
4
HO
H
4
5
5
H C
HOH2C CH
CH2OH
OH
O
OH
1
3
2
OH
O
6b
CH2OH
5
6c
6d
Рис.1. Переход от проекционной формулы Фишера к перспективной Хеуорса
Таким образом, правила перехода от проекционных формул Фишера к
перспективным формулам Хеуорса формулируются следующим образом:
1. Функциональные группы, находящиеся при любом атоме углерода, кроме С-5
в пиранозах и С-4 в фуранозах, располагаются сверху от плоскости молекулы, если
хиральный атом имеет L-конфигурацию, и снизу от этой плоскости, если он имеет
D-конфигурацию.
2. СН2ОН-группа при С-5 в пиранозах и при С-4 в фуранозах располагается
сверху от плоскости молекулы, если атом с которым она связана, имеет
D-конфигурацию, и снизу от плоскости в том случае, если он имеет L-конфигурацию.
При замыкании цикла карбонильный углеродный атом (С-1) становится
связанным с четырьмя различными заместителями, то есть он становится
асимметричным,
что
приводит
к
удвоению
числа
стереоизомеров.
Такие
стереоизомерные моносахариды и их производные, отличающиеся только
конфигурацией при С-1 атоме углерода, называются α- и β-аномерами. При
изображении моносахаридов D–ряда аномерный гидроксил расположен у α-аномера
под плоскостью кольца, а у β-аномера – над плоскостью. Для производных L-ряда
наблюдается обратное расположение. В настоящее время принято называть αаномерами соединения, имеющие одинаковые конфигурации при аномерном и
определяющем принадлежность к D- или L-ряду хиральных атомах углерода,
β-аномер имеет при этих атомах противоположные конфигурации. Изомеры,
отличающиеся конфигурацией других хиральных атомов, называются эпимерами.
Так, галактоза и глюкоза являются эпимерами по С-4.
8
возникновение дополнительного
асимметрического центра
HO
H
H
H
O
C
H
OH
HO
H
HO
H
H
Аномерный
гидроксил
OH
HO
H
HO
H
HO
O
CH2OH
O
OH
Аномерный
центр
OH
OH
OH
H C
транс-конфигурация
β−D-Галактопираноза
CH2OH
OH
Аномеры
OH
CH2OH
D -Галактоза
H
OH
H
OH
HO
H
HO
H
HO
O
CH2OH
O
OH
OH
OH
цис-конфигурация
OH
OH
H C
α−D-Галактопираноза
CH2OH
Миллсом были предложены перспективные формулы, в которых кольцо
проектируется на плоскость бумаги, а ориентация заместителей вверх или вниз от
плоскости
кольца
указывается
сплошными
или
пунктирными
связями,
соответственно. Эти формулы очень полезны с точки зрения однотипного
изображения структуры и конфигурации, как углеводов, так и других циклических
природных соединений, например стероидов, терпеноидов и алкалоидов.
CH2OH
O
HO
CH2OH
O
OH
HO
HO
HO
OH
HO
OH
α-D -Галактопираноза
CH2OH
O
OH
HO
OH
β-D -Галактопираноза
CH2OH
O
OH
α-D -Глюкопираноза
HO
OH
HO
OH
β-D -Глюкопираноза
Рис. 2. Перспективные формулы Миллса
Как отмечалось, химические свойства сахаров не могут быть полностью
объяснены, если для них принять строение, отображающееся формулами Фишера.
Однако и циклические структуры, устраняющие ряд противоречий, не объясняют
альдегидных свойств. Эти наблюдения привели к заключению, что моносахариды
способны к таутомерным превращениям. То есть сахара в зависимости от условий
могут существовать в растворе в различных формах, которые связаны между собой
равновесными взаимными превращениями. Это явление получило название
мутаротации. Так, для D-глюкозы было обнаружено шесть различных таутомерных
форм, которые присутствуют в растворе в определенном процентном соотношении.
Причем
эти
равновесные
соотношения
определяются
структурой
и
стереохимией моносахарида, но не зависят от исходной таутомерной формы
сахара. Например, приготовив свежий раствор α-D-глюкопиранозы, с течением
времени мы обнаружим в нем остальные таутомерные формы D-глюкозы.
9
CH2OH
O
OH
H
α-Глюкопираноза
39.4%
H
OH
H
OH
O
OH
O
OH
H
HO
OH
OH
β-Глюкопираноза
60.2%
CH2OH
D-глюкоза,
альдегидная
форма
0.0024%
OHCH2
HO
OH
HO
OH
OH
HO
CH2OH
CHO
HOCH2
HO
OH
O
OH
OH
OH
OH
α-Глюкофураноза
0.20%
HO
OH
H
OH
HO
β-Глюкофураноза
0.21%
H
H
OH
H
OH
CH2OH
Гидратированная
альдегидная форма
0.0077%
Рис.3. Таутомерные формы D-глюкозы
2. Конформации моносахаридов
Вращение углеродных атомов вокруг σ-связи не является вполне свободным и
сопровождается изменением свободной энергии молекулы. Геометрические фигуры,
которые
принимает
составляющих
конформациями.
рассматривают
ее
молекула
атомов
Среди
те,
при
без
изменении
разрыва
бесконечного
которые
положения
ковалентных
множества
соответствуют
в
пространстве
связей,
называются
конформаций
максимальным
и
обычно
минимальным
значениям свободной энергии. В популяции молекул какого-либо вещества
преобладают молекулы, имеющие наиболее стабильные конформации с минимумом
свободной энергии. Основным фактором, вызывающим нестабильность той или
иной конформации, является отталкивание между атомами, не связанными
непосредственно химической связью, но сближенными в пространстве.
По аналогии с циклогексаном для тетрагидропирана наиболее стабильными
должны быть конформации кресла и лодки. Однако из-за наличия кислородного
атома в цикле возможно существование двух различных конформаций кресла и
10
шести лодки, при этом конформации лодки менее стабильны, чем конформации
кресла.
5
5
1
2
O
O
4
5,2
2
1
4
C4
4
B
2
1
2
3,0
C1
2
5
B5,2
5
O
4
3
4
B
4
O
3
5
2
3
3
4,1
3
1
O
O
1
3
O
5
1
5
3
4
4
5
1
2
2
1
4
B4,1
B
O
3
1
B3,0
Рис. 4. Конформеры тетрагидропиранового кольца: С – кресло, В - лодка
Порядковые номера атомов, расположенных над стандартной плоскостью
кольца обозначают индексами сверху слева от символа конформации (например, 1С,
5
B), а кольцевые атомы, находящиеся под плоскостью – индексами снизу справа (С4
или С1). Если рассматривать только конформации кресла, то выбор между ними (1С4
или 4С1) зависит от стерических и электронных факторов согласно следующим
правилам:
1. Наиболее устойчивой является конформация с наименьшим числом
аксиальных заместителей. Аксиальные и экваториальные связи легко переходят
друг в друга в результате вырожденного взаимопревращения, то есть аксиальный
заместитель при С-1 в конформации 1С4 перейдет в экваториальное расположение в
конформации 4С1.
a
a
a
e
a
e
O
e
e
a
e
e
e
a
O
e
e
e
a
a
a
2. Чем больше объем заместителя, находящегося в аксиальном положении,
тем менее стабильной оказывается данная конформация. Наиболее объемный
заместитель в гексопиранозах – СН2ОН группа, которая располагается обычно
экваториально, оказывает значительное влияние на конформацию соединения в
целом.
3.
Особенно
конформации,
сильное
существует
взаимодействие,
между
двумя
влияющее
аксиальными
на
устойчивость
заместителями,
находящимися при С-2 ― С-4 или С-1 ― С-3 атомах углевода.
4. Если гидроксильная группа при С-2 расположена аксиально, а заместитель
при С-1 – экваториально, кислородные атомы при С-1 и С-2, и кислород цикла
11
оказываются тесно сближенными, что ведет к сильному отталкиванию между ними,
вследствие чего конформация оказывается очень неустойчивой (∆2-эффект).
Поэтому в водном растворе манноза на 75% существует в виде α-изомера (25%
β-изомера).
e
HO
HO
e
e
OH
OH a
O
e
HO
HO
e
OH a
α-D-Маннопираноза
5.
Для
моносахаридов
энергетически
выгоднее
e
OH
OH a
O
OH
O
C3
OH
e
H
OH
H
β-D-Маннопираноза
аномер
аномера
с
с
аксиальным
заместителем
экваториальным
при
С-1
заместителем,
что
определяется отталкиванием диполей неподеленных электронных пар кислорода
цикла и диполя связи С-1 — Х (аномерный эффект). Отталкивание между этими
диполями
сильнее
для
Х,
расположенного
экваториально,
когда
диполи
параллельны. Величина аномерного эффекта зависит от природы агликона и
уменьшается в ряду Br ⟩ Cl ⟩ OCOR ⟩ OCH3 ⟩ SR ⟩ OH ⟩ NH2.
O
O
X
e
aX
Указанные
выше
особенности
структуры
моносахарида,
снижающие
устойчивость конформации, носят общее название «факторов неустойчивости».
Производные
гексопираноз
с
галакто-,
глюко- и манно-конфигурациями
существуют в кристаллическом состоянии в виде 4С1 конформеров (D–ряд). Для D–
идозы термодинамически выгодна
1
С4 конформация, в которой большинство
заместителей находится в экваториальных положениях.
12
CH2OH
OH
HO
e
OH
OH
α-D-Глюкопираноза
HO
e
OH
e HO
HO
e
a OH
OH
e
HO
OH
e
OH
α-D-Галактопираноза
фураноз
и
OH
a
CH2OH
O
OH OH
их
O
OH
e
HO
e
OH
e OH a
O
OH
e HO
HO
e
β-D-Маннопираноза
CH2OH
OH
OH
O
OH
HO
e
O
OH
e
OH
e
OH
e
a OH
e HO
e
OH
OH
e
производных
CH2OH
OH
OH
O
OH
OH
β-D-Идопираноза
a
HO
e
характерны
O
HO
e
OH
β-D-Галактопираноза
OHa
OH
HO
e
OH
α-D-Идопираноза
Для
e HO
HO
e
OH
β-D-Глюкопираноза
O
a
OH
OH
e
OH
HO
OH
a
CH2OH
OH
O
OH
O
HO
α-D-Маннопираноза
CH2OH
OH
O
OH
OH
OH
OH a
O
e
O
OH OH
HO
O
HO
HO
e
CH2OH
CH2OH
OH
e
O
OH
O
OH
e
два
OH
e
OH a
OH e
типа
конформаций,
обусловленных тем, что тетрагидрофурановый цикл не плоский и в зависимости от
характера заместителей из плоскости могут выступать один или два атома углерода.
2
O
4
3
3
2
E
1
O
1
В первом случае реализуется конформация Е (от
envelope – конверт), во втором – Т (от twist – изогнутый).
4
2
3
T2
Более полное описание достигается введением индексов,
указывающих порядковый номер выступающего атома. В случае фуранозного цикла
возможно десять Е и десять Т конформаций. Наименьшее взаимодействие между
заместителями в фуранозном кольце наблюдается в том случае, когда из плоскости
кольца выведен атом С-2 или С-3, или оба вместе; в этих случаях возникают
наиболее стабильные конформации.
13
3. Стратегии использования защитных групп в углеводном синтезе.
3.1. Введение.
Потребность в селективной защите функциональных групп является одной из
центральных
проблем
полифункциональными
различной
реакционной
химии
углеводов.
соединениями,
Так
как
имеющими
способностью,
(иногда
углеводы
являются
гидроксильные
в
комбинации
группы
с
с
другими
функциональными группами, например, карбонильными и аминогруппами), то
необходимо использовать временные защитные группы для тех функций, реакции с
которыми не запланированы. При синтезе сложных молекул необходимо подобрать
такой набор групп, который может гарантировать гибкость синтеза, то есть любая
защитная группа должна быть удалена на желаемом для нас этапе без затрагивания
остальных. Это требование особенно важно при синтезе олигосахаридов, в котором
необходима защита функциональных групп двух углеводных «строительных»
блоках: гликозильного донора и акцептора, участвующих в стереоселективном
образовании гликозидной связи. Защитные группы могут также существенно влиять
на реакционную способность углевода в целом и в реакции гликозилирования.
Поэтому выбор стратегии введения и удаления защитных групп является важным
подготовительным этапом в химии углеводов, и этому аспекту следует уделять
особое внимание при планировании любого синтеза сахаридов.
Для углеводов классическими защитными группами являются ацетильная (Ac),
бензоильная (Bz), бензильная (Bn) и аллильная (All), которые используются
наиболее часто для блокирования одиночных гидроксильных групп, тогда как
бензилиденовая и изопропилиденовая для парных гидроксилов. Кроме того,
N-ацетильная, N-фталоильная (Pht) и N-бензилоксикарбонильная (Z) группы
используются для блокирования NH2-функций в гликозаминах.
3.2. Ацильные защитные группы.
Ацильные группы – ацетильная (Ac) и бензоильная (Bz) наиболее часто
используются
в
качестве
защитных
групп
углеводных
гидроксилов.
Ацетилированные производные получают обработкой моносахаридов уксусным
ангидридом в присутствии кислотного или основного катализатора. Полностью
ацетилированные
производные
углеводов
используются
для
получения
гликозилгалогенидов, O- и S-гликозидов и олигосахаридов, а также часто являются
исходными соединениями в комплексной стратегии введения защитных групп.
14
Бензоаты
моносахаридов
по
свойствам
аналогичны
ацетатам
и
могут
использоваться для тех же целей. Однако отличие в реакционной способности
делают их более предпочтительными в ряде случаев. Так, бензоильная группа
может быть введена избирательно значительно легче, чем ацетильная группа;
бензоильная группа проявляет меньшую склонность к миграции и более устойчива в
условиях
хлористого
гидролиза.
Бензоилирование
бензоила
в
осуществляется
пиридине.
Полностью
обычно
действием
О-ацетилированные
и
О-бензоилированые сахариды являются наиболее доступными соединениями среди
защищенных моносахаридов, а огромный потенциал использования ацильных групп
связан с легкостью их введения и удаления.
Довольно устойчивые к кислотному гидролизу ацильные группы легко
удаляются основаниями. Например, метод Земплена (NaOMe в MeOH) является
одним из наиболее часто применяемых в химии углеводов.
Важным моментом совместного в использовании ацильных групп является
возможность их селективного гидролиза в соответствии с их реакционной
способностью и стерической доступностью.
3.2.1. Региоселективное ацилирование углеводов.
Региоселективное ацилирование и дезацилирование сахаридов является
удобным способом получения разнообразных частично защищенных производных
сахаров. Для достижения региоселективности можно использовать различную
реакционную способность гидроксильных групп сахара. Для гексопиранозидов
первичная гидроксильная группа в 6-ом положении является обычно наиболее
реакционноспособной, и может быть проацилирована действием широкого набора
стандартных реагентов. Существенное увеличение селективности ацилирования
может быть достигнуто при использовании специальных ацилирующих агентов
(например, 1-ацилокси-1H-бензотриазола) или в результате изменения реакционной
способности гидроксильных групп с использованием промежуточных соединения
олова (схема 1).
Схема 1
OH
OH
O
1. Bu2SnO
2. BzCl
OMe
HO
Метил β-D-галактопиранозид
HO
OH
OH
OH
O
OMe
BzO
HO
(53%)
15
OBz
O
OMe
BzO
HO
(21%)
Для
региоселективного
ацилирования
и
дезацилирования
сахаров
в
присутствии других защитных групп особенно эффективны ферментативные методы
(схема 2). α-D-Глюкопираноза (7), например, на первом этапе может быть
переведена
в
6-О-трифенилметильное
(Tr)
(8)
или
6-О-трет-
бутилдиметилсилильное (TBDMS) (10) производные, а затем ферментативная
этерификация и деблокирование гидроксильной группы при С-6 приводят к
образованию 3-О- (9) и 2-О-ацил-D-глюкоз (11) с высокими выходами.
Схема 2
1. CH3CH2CH2COOH,
Липаза Chromobacterium
viscosum
2. H+/H2O
OTr
OH
TrCl
HO
O
HO
HO
HO
7
O
HO
HO
8
HO
HO
OTBDMS
O
HO
HO
O
O
HO
O
OH
OH
TBDMS-Cl
OH
OH
9
1. CH3CH2CH2COOH,
Липаза Candida
cylindracea
2. Bu4NF
OH
HO
HO
O
O
OH
OH
O
11
10
3.2.2. Комбинирование различных О-ацильных групп в ортогональные
наборы.
Ортогональными наборами защитных групп являются группы одной химической
природы, которые могут быть селективно введены или удалены независимо друг от
друга.
В настоящее время существует большое количество О-ацильных защитных
групп, которые могут быть сгруппированы в ортогональные наборы. Однако только
некоторые из них нашли заметное применение в химии углеводов в качестве
защитных. Среди них особое внимание привлекают галогенацетильные защитные
группы (хлор- и бромацетил), которые эффективно блокируют гидроксильные
функции. Они могут быть селективно удалены в слабоосновных условиях, при этом
ацетильная или бензоильная группы не затрагиваются (схема 3). Удобным
реагентом
для
селективного
удаления
тиомочевина.
16
галогенацетильных
групп
является
Схема 3
O
OH
BzO
OH
O
HO
HO
1. ClCH2COBr, -50 oC,
2. BzCl
O
H2NC(S)NH2
BzO
BzO
OMe
BzO
CH2Cl
O
OH
O
BzO
BzO
OMe
OMe
Использование тиомочевины может вызвать миграцию ацетильных групп, и
таким образом снизить выход продукта, поэтому для избежания побочной
ацетильной миграции было предложено использовать гидразиндитиокарбонат.
Эфиры левулиновой кислоты (СН3С(О)ОСН2СН2СОО-), удаляемые мягким
гидразинолизом, могут являться прекрасной альтернативой галогенацетильным
защитным группам, а также могут использоваться в присутствии как ацетильных, так
и бензоильных групп. Однако в реакциях гликозилирования по Кенигсу-Кнорру
левулиновая
и
галогенацетильные
группы,
находящиеся
при
С-2
атоме
галогенгликопираноз, могут мигрировать от атома кислорода при С-2 положении к
гидроксильной группе акцептора, что существенно снижает выход желаемого
гликозида. Чтобы избежать побочного процесса, для защиты гидроксильной группы
при С-2 было предложено использовать 2-(хлорацетоксиметил)бензоильную (CAMB)
или 2-(2-хлорацетоксиэтил)бензоильную (CAEB) группы. Обе группы селективно
удаляются тиомочевиной в присутствии ацетильных и бензоильных групп. CAEB,
кроме того, устойчива к каталитическому гидрированию и, следовательно, может
использоваться в присутствии бензильной защиты.
3.2.3. N-ацильные защитные группы.
N-ацетилгликозамины
являются
составной
частью
многих
природных
полисахаридов. Однако, их синтез из 2-ацетамидо-2-дезоксигликозильных доноров
неэффективен из-за образования побочных устойчивых оксазолиновых производных
(схема 4).
Схема 4
O
RO
O
O
X
HN
RO
HN
O
RO
O
N
O
Оксазолин
X - уходящая группа
Образования оксазолинов можно избежать, заменив ацетильную защиту на
фталоильную, которая вводится действием фталевого ангидрида на свободную
аминогруппу сахара (схема 5). Удаление этой защиты может быть достигнуто
17
гидразинолизом,
однако,
этот
метод
не
применим
в
присутствии
групп,
чувствительных к действию оснований (ацильные группы).
Схема 5
OR
OR
O
RO
RO
O
RO
RO
SEt
H 2N
SEt
O
N
O
В последнее время для блокирования 2-амино-2-дезоксигликоз предложены
более эффективные защитные группы, которые могут быть селективно удалены в
мягких условиях:
1. Тетрахлорфталоильная (TCP) группа удаляется действием этилендиамина или
боргидрида натрия;
2. Дитиасукцинильная (Dts) группа удаляется тиоэтанолом или дитиотреитолом;
3. 2,2,2-Трихлорэтоксикарбонильная (Troc) группа удаляется восстановлением (цинк
в уксусной кислоте);
4. Азидогруппа, которая может быть введена нуклеофильным замещением и
переведена в аминогруппу восстановлением.
Азидогруппа, является “косвенным” методом защиты аминофункций и не
«соучаствует» в реакциии гликозилирования, приводя к α-D-гликозаминам (схема 6).
Наиболее удобный метод введения азидогруппы - получение азидодезоксисахаров –
состоит в нуклеофильном замещеним трифторметансульфонильной (Tf) группы азид
ионом, при этом происходит обращение конфигурации при С-2 атоме.
Схема 6
AcO
HO
AcO
AcO
AcO
O
Tf2O, Py
AcO
AcO
TfO
O
OH
OH
AcO
AcO
AcO
азидов
в
AcO
O
N3
Превращение
NaN3
H 2/Pd
OH
соответствующие
O
AcO
AcO
H2N
амины
OH
может
быть
легко
осуществлено каталитическим гидрированием или восстановлением боридом
никеля. Когда эти условия не применимы, азидогруппы можно легко конвертировать
в амины обработкой H2S в пиридине. Последний метод применим в присутствии
ацетильных, бензильных и N-бензилоксикарбонильных защитных групп.
18
3.3. Защитные группы алкильного типа.
Простые эфиры (особенно бензильные и аллильные) являются классическими
защитными группами углеводных гидроксилов, устойчивыми к действию оснований.
Таким образом, защитные группы ацильного типа могут быть селективно удалены в
присутствии бензильной или аллильной групп. С другой стороны, сохранение
ацильных групп достигается в условиях каталитического гидрирования над
палладием (удаление Bn группы) и изомеризации/гидролиза аллиловых эфиров.
Таким образом, использование защитных групп алкильного типа увеличивает
гибкость стратегии углеводного синтеза.
Другой важной особенностью алкильных защитных групп является их сильное
влияние на реакционную способность углеводов, например наличие бензильной
группы при С-3 атоме глюкозы увеличивает нуклеофильность гидроксильной группы,
находящейся при С-4 атоме, делая ее более реакционноспособной (что важно при
синтезе 1 → 4-связанных олигосахаридов), тогда как наличие бензоильной группы в
том же положении уменьшает активность OH-группы.
3.3.1. Бензильная и замещенные бензильные защитные группы.
Традиционно бензильную защиту вводят, обрабатывая незащищенный углевод
бензилгалогенидом (хлорид или бромид) в присутствии основания (гидроокись
натрия или гидрид натрия) в ДМФА, ДМСО или диоксане, получая бензилированные
сахара с высоким выходом. В присутствии щелочно-лабильных групп используются
более мягкие условия для введения бензильной защиты. Например, обработка
бензилтрифлатом в присутствии 2,6-ди-трет-бутилпиридина, фенилдиазометаном
с тетрафторборной кислотой или бензилтрихлорацетимидом с TfOH.
Для введения бензильной защиты также используется восстановительное
раскрытие бензилиденацетального кольца (схема 7). Этот подход является
прекрасным способом получения частично бензилированного углевода, потому что
4,6-O-бензилиден-ацеталь (12) может быть региоселективно превращен в 6-О- или
4-O-бензильные производные при надлежащем выборе реагента для раскрытия
цикла. Так, LiAlH4 в присутствии AlCl3 восстанавливает 4,6-О-бензилиденовые
производные (12) в 4-O-бензильные производные (13). Выход 4-O-бензильных
производных увеличится, если в 3-ем положении пиранозного кольца уже
присутствует дополнительная бензильная группа.
19
Схема 7
OH
HO
R 3O
O
R 2O
OR1
PhCH(OMe)2 , H +
O
O
R 3O
Ph
LiAlH 4 , AlCl3
O
R 2O
12
OR 1
NaCNBH 3, HCl
OH
O
BnO
R 3O
HO
R 3O
OR1
2
R O
OBn
O
OR 1
R 2O
14
13
Обработка 4,6-O-бензилиденовых производных (12) NaCNBH3 в присутствии
HCl приводит к образованию 6-O-бензиловых эфиров (14). Эта гибкая процедура
позволяет получать 6-O-бензилированные сахара в присутствии бензоильной и
N-ацетильной
групп
в
ряду
глюкозы,
галактозы,
маннозы
и
рамнозы.
Альтернативными реагентами для региоселективного восстановительного раскрытия
бензилиденацеталей являются диизобутилалюминий гидрид и триэтилсилан-TfOH.
Последний
реагент
дает
6-О-бензильные
производные
из
4,6-О-бензилиденпиранозидов исключительно в ряду глюкозы, тогда как ряд
галактозы остаётся инертным.
Удаление бензильной защиты может быть осуществлено гидрогенолизом на
Pd-катализаторе.
Этот
метод
имеет
широкое
практическое
применение
и
предпочтителен другим возможным методам удаления (натрий в жидком аммиаке,
озон, тетраоксид рутения или электролитическое окисление).
Такая разновидность бензильных защит, как п-метоксибензильная (PMB), имеет
особое значение в химии углеводов, так как она может быть удалена в присутствии
бензильной группы окислением 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохиноном (DDQ) или
церийаммоний нитратом. Кроме того, PMB-защита, вводимая в молекулу углевода
так же, как и бензильная (алкилирование п-метоксибензилгалогенидами или
селективным гидрогенолизом п-метоксибензилиденацеталей), селективно удаляется
действием DDQ, в присутствии ацетальных и силильных защитных групп. PMB
эфиры можно разрушить трифторуксусной кислотой, не затрагивая при этом
ацетаты, тиоэфиры, азидогруппы и О-гликозидную связь в олигосахаридах. Все это
20
делает РМВ-защиту весьма привлекательной при стратегическом планировании
сложного углеводного синтеза.
Классическая трифенилметильная защита (Tr) используется для селективного
блокирования первичных гидроксильных групп углеводов. Из-за стерической
объемности
трифенилметилхлорид
альдогексозами
с
(или
образованием
тритилхлорид)
исключительно
взаимодействует
с
6-О-трифенилметилпираноз
(схема 8), в свою очередь реакция с альдопентозами приводят к образованию
5-O-трифенилметилфураноз.
Схема 8
OH
1. TrCl, Py
2. Ac2 O
O
HO
HO
OH
HO
Вторичные
OTr
AcO
AcO
гидроксильные
OH
H+
O
AcO
группы,
OAc
O
AcO
AcO
обычно
OAc
AcO
инертные
к
действию
тритилхлорида, могут образовывать тритиловые эфиры при взаимодействии с
высокореакционноспособными
реагентами,
такими
как
тритилперхлорат
или
тритилтетрафторборат в присутствии 2,4,6-три-трет-бутилпиридина. Тритиловые
эфиры устойчивы к действию оснований, но легко отщепляются в кислых условиях,
например, при обработке уксусной кислотой, раствором HBr в уксусной кислоте, или
же каталитическим гидрогенолизом.
3.3.2. Аллиловые эфиры.
Аллильная защита может быть введена, подобно бензильной, обработкой
сахара аллилбромидом в присутствии сильного основания (NaH). Однако, когда в
исходном веществе присутствуют группы, чувствительные к действию оснований,
аллиловые
эфиры
могут
быть
получены
декарбоксилированием
на
Pd(0)-
катализаторе соответствующих аллилоксикарбонильных производных (схема 9).
Схема 9
Si
O Si
O
HO
O
O
O
O
HO
OR
Si
Cl
O Si
O
O
O
O
1
O
O
O
Pd(PPh3)4
OR
1
Si
O Si
O
O
O
O
O
OR 1
O
O
Аллиловые эфиры углеводов устойчивы как в основных, так и в довольно
кислых условиях. Они гидролизуются в соответствии с двухступенчатым процессом,
в котором аллильная группа сперва изомеризуется в виниловый эфир, а затем
21
последний подвергается гидролизу (схема 10). Изомеризация аллиловых эфиров
может быть очень эффективно проведена трет-бутилатом калия в ДМСО, однако
при этом будут отщепляться ацильные защитные группы. При наличии защитных
групп,
чувствительных
к
действию
оснований,
рекомендуется
проводить
изомеризацию действием Pd-, Rh- и Ir-катализаторов.
Схема 10
t
BuOK
RO
H
RO
+
ROH
Отщепление винилового остатка наиболее часто осуществляется умеренно
кислым гидролизом. Однако, если в углеводе присутствуют кислотолабильные
группы, то для гидролиза может быть использован такой мягкий реагент, как
HgO/HgCl2 в водном ацетоне.
3.3.3. Силиловые эфиры.
Из огромного числа силильных защитных групп, используемых в органическом
синтезе,
широкое
применение
в
химии
углеводов
нашли
трет-бутилдиметилсилильная (TBDMS), трет-бутилдифенил-силильная (TBDPS) и
1,1,3,3-тетраизопропилдисилоксан-1,3-диильная
(TIPS)
группы.
Причиной
тому
является значительная устойчивость этих производных в условиях реакций, часто
используемых для превращений других защитных групп или в условиях реакции
гликозилирования. Несмотря на то, что TBDMS- и TBDPS-группы принадлежат к
одному классу, TBDMS-защита может быть селективно удалена при сохранении
TBDPS. Кроме того, стерический объём обеих групп позволяет вводить их
преимущественно по первичным гидроксильным группам сахаров. Получение
TBDMS- и TBDPS- эфиров осуществляется обработкой спиртов соответствующим
хлорсиланом в присутствии имидазола в ДМФА (схема 11).
Схема 11
OH
HO
OH
O
HO
O
TBDPS-Cl, имидазол
OMe
BzCl
OMe
HO
HO
HO
BzO
BzO
OTBDPS
O
OMe
BzO
BzO
BzO
силильной
OH
O
Bu4NF
OMe
BzO
Удаление
OTBDPS
защиты
достигается
действием
тетрабутиламмонийфторида. Альтернативными методами удаления силильных
22
защит является кислотный гидролиз, например, под действием HCl в MeOH или
трифторида бора в MeOH.
1,1,3,3-Тетраизопропилдисилоксан-1,3-диильная
группа
(TIPS)
как
бифункциональный реагент может реагировать синхронно с двумя гидроксильными
группами, что расширяет стратегические возможности избирательной защиты
ОН-групп углеводов. Пентофуранозы дают 3,5-О-TIPS-производные и гексопиранозы
4,6-О-TIPS-производные
(схема
12),
оставляя
другие
гидроксильные
группы
свободными для дальнейших модификаций.
4,6-O-TIPS защищенные маннозиды и глюкозиды, кроме того, при обработке
кислотой превращаются в термодинамически более устойчивые 3,6-O-TIPSпроизводные.
Другая
полезная
особенность
TIPS-производных
сахаров
―
управляемый региоселективный гидролиз этой группы под действием HF.
Схема 12
O
Si
F
OH
Si
O
O
BzO
BzO
OH
HO
HO
O
HO
TIPS-Cl
OBn
Si
O Si
O
HO
O
O
HO
BzCl
Si
O Si
O
BzO
OBn
OBn
HF, Py
O
O
BzO
OBn
Bu4NF
OH
HO
BzO
O
BzO
OBn
3.4. Ацетальные защитные группы.
Бензилиден-
и
изопропилиденацетали
являются
наиболее
широко
используемыми защитными группами ацетального типа в химии углеводов.
Ацетальные защиты вводятся конденсацией сахара с альдегидом или кетоном.
Наиболее часто используемыми реагентами для введения ацетальных защит в
углеводы являются:
1. Бензальдегид в присутствии хлорида цинка или п-толуолсульфокислоты,
2. Ацетондиметилацеталь в присутствии п-толуолсульфокислоты,
3. Ацетон, который служит одновременно и растворителем, в присутствии сильной
минеральной кислоты (обычно серная или фосфорная). В тех случаях, когда
воздействие кислых агентов нежелательно, ацетонирование проводят, применяя в
качестве водоотнимающего агента безводный сульфат меди или натрия.
23
Так как альдегиды (в том числе и бензальдегид) имеют тенденцию
образовывать
шестичленный
1,3-диоксановый
цикл
в
термодинамически
контролируемых условиях, то из гексопираноз получаются устойчивые 4,6-Обензилиденовые производные. Кетоны же склонны к образованию пятичленного 1,3диоксоланового
цикла,
поскольку
тот
является
наименее
напряженным,
следовательно, введение ацетальной группировки предпочтительно для цис-диолов.
Например, метил α-D-галактопиранозид (15) дает метил 4,6-O-бензилиден-α-Dгалактопиранозид (16) при обработке бензальдегидом в присутствии хлорида цинка
и
метил
3,4-O-изопропилиден-α-D-галактопиранозид
(17)
при
обработке
ацетондиметилацеталем в присутствии п-толуолсульфокислоты (схема 13).
Схема 13
Ph
O
O
OH
O
HO
16
O
HO
HO
HO
HO
15
OH
HO
OMe
17
O
CH3COCH3, H2SO4
OH
OH
O
O
18
HO
O
HO
7
CH3COCH3, H2SO4
OH
OH
OH
OH
O
O
O
O
CH2OH
O
OHCH2
OH
OMe
O
O
O
6
HO
HO
O
O
OMe
CH2OH
OH
O
OH
OH
OH
Me2C(OMe) 2, H+
O
HO
HO
OH
O
OH
PhCHO, ZnCl 2
O
OH
O
O
O
O
19
Моносахариды со свободным гликозидным гидроксилом, находящиеся обычно
в пиранозной форме, содержат четыре вицинальные гидроксильные группы, что
представляет возможность введения двух изопропилиденовых группировок в
молекулу. При этом D-галактоза (6), имеющая две пары цис-гидроксильных групп,
сохраняет пиранозный цикл (18), а в случае D-глюкозы (7), когда в одной из пар
гидроксильные
группы
занимают
транс-положение,
происходит
переход
от
пиранозной к фуранозной форме (схема 13). Так, D-глюкоза (7) при взаимодействии
с ацетоном в присутствии серной кислоты дает в основном 1,2;5,6-ди-Оизопропилиден-D-глюкофуранозу (19).
Бензилиденовые и изопропилиденовые производные моно- и дисахаридов
чрезвычайно полезны в качестве временной защиты диольных систем. Разрушение
этих ацеталей может быть легко реализовано мягким кислым гидролизом (например,
разбавленная уксусная кислота) или гидрированием над палладиевым или
платиновым
катализаторами
для
бензилиденовых
групп.
Более
того,
бензилиденацетали могут быть региоселективно раскрыты действием различных
24
реагентов,
что
придает
дополнительную
гибкость
эффективной
стратегии
использования защитных групп.
3.5. Защита гидроксильной группы при аномерном центре
Аномерная гидроксильная группа является наиболее реакционноспособной
среди
остальных
гидроксильных
групп,
поэтому
для
селективной
защиты
гидроксильных групп углевода необходимо блокировать аномерный гидроксил. Так,
защита
аномерного
центра
в
моносахаридах
может
быть
осуществлена
трансформацией сахара в алкилгликозид, который затем может быть использован в
качестве стартового соединения для введения других защитных групп (схема 14).
Разрушение алкилгликозидов достигается в условиях кислого гидролиза. Например,
метил 2,3,4,6-тетра-О-бензил-α-D-глюкопиранозид (21) может быть превращен в
2,3,4,6-тетра-О-бензил-D-глюкозу (22) с количественным выходом обработкой
водным раствором HCl.
Схема 14
OH
OH
MeOH, H +
O
HO
HO
OH
O
HO
HO
OH
7
20
BnO
BnO
OBn
O
HCl
BnO
BnO
BnBr
OH
OMe
OBn
O
OH
BnO
BnO
OMe
21
22
Образование внутримолекулярного гликозида (то есть формирование 1,6ангидросахаров) является другим важным инструментом временного блокирования
аномерного центра (схема 15). При этом происходит изменение конформации
гексопиранозы с 4C1 на 1C4, что переводит малореакционноспособные аксиальные
гидроксилы (например, в производных D-галактозы) в экваториальные, делая их
более реакционноспособными.
Схема 15
a OH
O
OH
O
HO
OPh
HO
NaOH
e
HO
1. RCl
2. Ac2O, H +
OH
O
OH
OR
AcO
OAc
O
AcO
OAc
Ацильные группы (Ac, Bz), как защитные группы аномерного центра, наиболее
часто используются в составе полностью ацилированных сахаров. Ацетильная
группа при аномерном центре может быть селективно удалена действием либо
карбоната аммония в ДМФА (схема 16), либо гидразинацетата. Другие классические
25
защитные группы, например бензильная (Bn) и аллильная (All), также могут служить
для временной защиты аномерного центра. Бензильную группу можно селективно
удалить гидрогенолизом на Pd-катализаторе, а аллильную изомеризацией с
последующим кислотным гидролизом образующегося винилового эфира.
Защита аномерного центра с помощью силильных групп также является
возможным вариантом временной защиты этого положения. Наиболее часто
используется для этой цели трет-бутилдиметилсилильная группа (TBDMS),
наличие которой позволяет проводить ряд стандартных манипуляций, связанных с
введением
или
удалением
бензилиденирование).
других
Специфической
защитных
групп
особенностью
(ацилирование
силильной
защиты
и
при
аномерном центре является ее миграция во 2-ое положение, которая была
использована для получения важного лактозосодержащего «строительного» блока
(схема 16).
Схема 16
OH
Ph
OH
OH
O
HO
1. PhCH(OMe) 2, H+
2. Ac2O
3. (NH4)2CO3
O
O
HO
HO
OH
HO
O
O
O
AcO
AcO
O
AcO
OAc
O
AcO
OH
Ph
O
1. TBDMS-Cl, Im
2. NaOMe, MeOH
O
OH
O
HO
HO
O
HO
HO
Ph
O
BnBr, NaH
O
OTBDMS
Ph
O
O
O
BnO
BnO
O
BnO
OBn
O
TBDMSO
Bu4NF
O
O
BnO
OBn
26
BnO
O
BnO
OBn
O
HO
OBn
Приложение 1. Защитные группы в углеводном синтезе
Название
Аббревиатура
Ацетильная
Ac
Химическая
формула
O
CH3
Введение
Удаление
Ac2O/AcONa,
AcCl/пиридин
N2H4*H2O
N2H4/AcOH
O
Бензоильная
Бензоилхлорид /пиридин
Bz
O
Хлорацетильная
ClAc
ClCH2
2-(2-Хлорацетоксиэтил)бензоильная
(устойчива к
гидрогенолизу)
CAEB
2,2,2-Трихлорэтоксикарбонильная
TCE
Аллилоксикарбонильная
Alloc
ClCH2
O(CH2)2
O
Cl3CCH2O
Тиомочевина.
Трихлорэтоксихлорформиат
Цинк в уксусной
кислоте
Аллиокси-хлорформиат
Pd(0)-катализ в
присутствии
морфолина
Хлорангидрид
левулиновой кислоты
N2H4*H2O
Бензилхлорид или
бензилбромид /NaH или
NaOH, KOH, Ag2O
H2, Pd/C
Na/NH3, O3, RuO4
п-Метоксибен-зилхлорид
DDQ,
церийаммоний
нитрат, TfOH
Трифенилметил-хлорид /
NaH
H+ или H2, Pd/C
O
O
Lev
Bn
п-Метокси-бензильная
PMB
Трифенил-метильная
Tr (Trt)
Аллильная
All
трет-Бутилдиметилсилильная
TBDMS
трет-Бутилдифенилсилильная
TBDPS
Бензилиденовая
Соответствую-щий
хлорангидрид
O
Бензильная
Изопропили-деновая
Тиомочевина,
гидразиндитиокарбонат
O
CH3
1,1,3,3-Тетраизопропилдисилоксан-1,3диильная
Хлорангидрид или
ангидрид хлоруксусной
кислоты
O
O
Левулиновая
MeONa/MeOH,
NH3/MeOH,
Et3N/MeOH
O
CH2
CH3O
CH2
Ph3C-
Si
Соответствую-щий
хлорсилан / имидазол
t-BuOK затем Н+,
Pd(0)
Bu4NF, HCl/MeOH,
BF3/MeOH
Si
Соответствую-щий
хлорсилан / имидазол
― // ―
Аллилбромид / NaH
Ph
Ph
i
TIPS
i
Pr
Pr iPr i
O
Pr
Si
Si
Me2C
CH
1,1,3,3-Тетраизопропилдисилоксан-1,3дихлорид
Ацетон / H2SO4,
Ацетондиметил-ацеталь/
TsOH
Бензальдегид / хлорид
цинка или TsOH
― // ―
H+
H+ - полный
гидролиз,
LiAlH4 – 6-OH-сахар
NaBH3CN – 4-OHсахар
Список литературы
1. Химия биологически активных соединений, под ред. Н.А. Преображенского и Р.П.
Евстигнеевой, том 2, М.: Химия, 1976.
2. Дж. Стоддарт, Стереохимия углеводов, М.: Мир, 1975.
3. Н.К. Кочетков, А.Ф. Бочков, Б.А. Дмитриев, А.И. Усов, О.С. Чижов, В.Н. Шибаев,
Химия углеводов, М.: Химия, 1967.
4. А.Ф. Бочков, В.А. Афанасьев, Г.Е. Заиков, Образование и расщепление
гликозидных связей, М.: Наука, 1978.
5. Carbohydrate chemistry, Ed. by G.-J. Boons, Blackie Academic & Professional, 1998.
6. Carbohydrates. Structures, synthesis and dynamics, Ed. by. P. Finch, Kluwer
Academic Publishers, 1999.
28
Издание учебное
Маслов Михаил Александрович
Морозова Нина Георгиевна
ОСНОВЫ ХИМИИ УГЛЕВОДОВ
Часть 1
СТРОЕНИЕ, СТЕРЕОХИМИЯ, ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ
Учебное пособие
Компьютерная верстка и оригинал-макет М.А. Маслов
Подписано в печать _________ Формат 60х84/16. Бумага писчая. Отпечатано на
ризографе. Уч. изд. листов 1. Тираж 100 экз.
Заказ № ______
Лицензия на издательскую деятельность
ИД № 03507 (рег. № 003792) код 221
Московская Государственная академия тонкой химической технологии им. М.В.
Ломоносова.
Издательско-полиграфический центр.
119571 Москва, пр. Вернадского 86.
29
Скачать