เบต้า-ดี-(-)-อะราบิโนสเป็นโมเลกุลน้ำตาล chiral สำคัญที่มีมูลค่าการใช้งานที่กว้าง มีการใช้งานที่สำคัญในการสังเคราะห์ยา วัตถุเจือปนอาหาร สารขจัดน้ำ เครื่องสำอาง และสาขาอื่น ๆ ดังนั้นจึงมีหลายวิธีในการสังเคราะห์ Beta-D-(-)-Arabinose บทความนี้จะแนะนำวิธีการสังเคราะห์หลักบางส่วนเป็นหลัก
การสกัด Beta-D-(-)-Arabinose จากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ:
วิธีการสกัด Beta-D-(-)-Arabinose จากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเป็นวิธีที่ตรงที่สุดและได้ผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง แหล่งธรรมชาติที่พบมากที่สุดของเบต้า-ดี-(-)-อะราบิโนสคือไซแลน ซึ่งเป็นไดแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยดี-ไซโลสและดี-กลูโคส Beta-D-(-)-Arabinose เป็นหนึ่งในหน่วยโครงสร้างของไซแลน ไซแลนสามารถพบได้ในผนังเซลล์ของพืช เช่น ลิกนิน ต้นสนที่ขึ้นในเขตหนาว เป็นต้น
วิธีการสกัดเบต้า-ดี-(-)-อะราบิโนสนั้นเหมือนกันกับไซแลน โดยทั่วไป วิธีกรดเป็นวิธีการสกัดไซแลนที่ใช้บ่อยที่สุด ขั้นแรก จะมีการเติมตัวอย่างไซแลนลงในสารละลายที่เป็นกรด จากนั้นให้ความร้อนจนกระทั่งโมโนเมอร์น้ำตาลหลุดออกจากมวลรวม จากนั้นจึงกรองและล้าง หลังจากการบำบัดด้วยไซแลนแล้ว Beta-D-(-)-Arabinose ที่มีอยู่ในสารละลายที่เป็นกรดสามารถแยกออกและทำให้บริสุทธิ์ได้โดยการทำให้เป็นกลางและการตกผลึก
การสังเคราะห์ทางเคมี:
ปัจจุบัน มีวิธีทางเคมีที่มีประสิทธิภาพมากมายสำหรับการสังเคราะห์เบต้า-ดี-(-)-อะราบิโนส ต่อไปนี้เป็นวิธี:
1. เส้นทางไกลโคเจน:
นี่เป็นวิธีการสังเคราะห์ที่ใช้กันมากที่สุดวิธีหนึ่ง
ขั้นตอนที่ 1: รับ Xylose จาก Xylan:
การสังเคราะห์เส้นทางไกลโคเจนของ Beta-D-(-)-Arabinose เริ่มต้นจากไซโลส ไซโลสเป็นน้ำตาลที่มีคาร์บอน 6 คาร์บอนอยู่ทั่วไปในผนังเซลล์ของพืช และสามารถรับได้โดยการไฮโดรไลซ์ไซแลน (โดยปกติจะสกัดจากพืช)
ไซแลนบวก H2O → ไซโลสบวกน้ำตาลอื่นๆ
ไซแลนเป็นโพลีแซคคาไรด์ที่ประกอบด้วยโมเลกุลไซโลสหลายโมเลกุล และมักจะเป็นสารแป้งไม่มีสีหรือสีน้ำตาล ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสจำเป็นต้องเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดหรือเอนไซม์ และโดยปกติจะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดสำหรับปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส หลังจากการไฮโดรไลซิส สามารถใช้ไซโลสเพื่อสังเคราะห์เบต้า-ดี-(-)-อะราบิโนส
ขั้นตอนที่ 2: แปลงไซโลสเป็น L-arabinose:
การเปลี่ยนไซโลสเป็นแอล-อาราบิโนสเป็นขั้นตอนสำคัญในการสังเคราะห์เบต้า-ดี-(-)-อะราบิโนสผ่านเส้นทางไกลโคเจน กระบวนการนี้ต้องใช้ชุดของเอนไซม์เพื่อกระตุ้นชุดของปฏิกิริยาที่เปลี่ยนไซโลสเป็นอะราบิโนส
อย่างแรก ไซโลสจะถูกแปลงเป็นดีไซโลสคีโตสผ่านปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา
ไซโลสบวก ATP → ดีไซโลสคีโตสบวก ADP
ประการที่สอง D-xylose ketose จะถูกเปลี่ยนเป็น L-xylose ketose ผ่านปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชัน
ดี-ไซโลส คีทูโลส → แอล-ไซโลส คีทูโลส
จากนั้น ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย L-xylose glusidase อยู่ภายใต้ Cooper cyclization เพื่อให้ได้ L-arabino-deoxy-hex-2-ulonate
แอล-ไซโลส คีโตส → กรดแอล-อาราบินูโรนิก
ในที่สุดภายใต้การกระทำของกรด arabinuronic ใช้ NADPH และ glucosidase เพื่อลดกรด arabinuronic ให้เป็น L-arabinose
กรด L-arabinuronic บวก NADPH บวก H บวก → L-arabinose บวก NADP บวก
ขั้นตอนที่สาม: แปลง L-arabinose เป็น Beta-D-(-)-Arabinose:
การเปลี่ยน L-arabinose เป็น Beta-D-(-)-Arabinose ต้องใช้ชุดของเอนไซม์เพื่อเร่งปฏิกิริยา
ประการแรก แอล-อะราบิโนสถูกฟอสโฟรีเลตเพื่อสร้างอะราบิโนส-6-ฟอสเฟต
แอล-อะราบิโนส บวก ATP → อะราบิโนส-6-ฟอสเฟต บวก ADP
จากนั้น ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสจะเปลี่ยนอะราบิโนส-6-ฟอสเฟตไปเป็นเบต้า-ดี-(-)-อะราบิโนส-5-ฟอสเฟต (Beta-D-(-)-arabinose-5-ฟอสเฟต)
อะราบิโนส-6-ฟอสเฟตบวก H2O → Beta-D-(-)-อะราบิโนส-5-ฟอสเฟต
ในที่สุด Beta-D-(-)-arabinose-5-ฟอสเฟตจะผ่านกระบวนการลดฟอสโฟรีเลชั่นไปเป็น Beta-D-(-)-Arabinose
Beta-D-(-)-arabinose-5-ฟอสเฟต → Beta-D-(-)-arabinose บวก Pi
การสังเคราะห์เส้นทางไกลโคเจนของ Beta-D-(-)-Arabinose เริ่มต้นจากไซโลส ประการแรก ไซโลสได้มาจากไซแลน จากนั้นไซโลสจะถูกแปลงเป็น L-arabinose และสุดท้าย L-arabinose จะถูกแปลงเป็น Beta-D-(-)-Arabinose กระบวนการนี้ต้องใช้ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์หลายตัว ซึ่งแต่ละปฏิกิริยามีความสำคัญ ด้วยวิธีการสังเคราะห์นี้ ทำให้ได้ Beta-D-(-)-Arabinose ที่มีประสิทธิภาพสูง ประหยัด และบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับการประยุกต์ใช้ในด้านชีววิทยา การแพทย์ และการสังเคราะห์ทางเคมี
2. ปฏิกิริยาของอัศวิน:
วิธีการนี้พัฒนาขึ้นในทศวรรษที่ 1940 โดยต้องใช้โพลีคลอริเนตอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนเป็นวัสดุตั้งต้น ในปฏิกิริยาอัศวิน โพลีคลอริเนเต็ดอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนจะทำปฏิกิริยากับส่วนผสมของกรดและผงซักฟอก จากนั้นเติม Obenzyl-D-arabinose ร่วมกับส่วนผสม หลังจากหลายขั้นตอน Beta-D-(-)-Arabinose จะถูกสังเคราะห์
ขั้นตอนเฉพาะมีดังนี้:
ขั้นตอนที่ 1: ในการเตรียม Beta-D-(-)-Arabinose เราจำเป็นต้องเตรียมน้ำตาล Beta-D-(-)-Arabinose และสารรีเอเจนต์ที่เติมไว้ล่วงหน้าก่อน และการเติมออกซิเจนเป็นวิธีการผลิตที่ใช้กันมากที่สุดวิธีหนึ่ง ประกอบด้วยสองขั้นตอน: ขั้นแรก เมทิล-ดี-กลูโคฟูราโนไซด์ผ่านปฏิกิริยาอะโรมาติเซชันต่อหน้าเกลือไอโอดีนเพื่อให้ได้ 4,6-อนุพันธ์ของโอ-เมทิลอะนิโซล; จากนั้นจึงอะโรมาติไนซ์ที่ 5-ปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างตำแหน่งมุม O แล้วรีดิวซ์เพื่อให้ได้ Beta-D-(-)-Arabinose
ขั้นตอนที่ 2: เตรียมรีเอเจนต์และตัวทำละลายที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาของอัศวิน จำเป็นต้องเตรียมขวดสารละลายที่มีกรดอะซิติก 50 เปอร์เซ็นต์ 30 มล. และน้ำตาลเบต้าดี-(-)-อะราบิโนส 10 กรัม และดำเนินการตามขั้นตอนต่อไปบนพื้นฐานนี้
ขั้นตอนที่ 3: เติมกรดซัลฟิวริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยากรด ก่อนเติมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด ควรเติมเอทานอล 100 มล. ลงในหลอดทดลอง ตามด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 0.1 มล.
ขั้นตอนที่ 4: เติมกรดบอริกภายใต้สภาวะทำความเย็น หลังจากที่ระบบตัวทำละลายเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องแล้ว ไอโซโพรพานอล 150 มิลลิลิตรถูกเติม จากนั้นเติมกรดบอริก 0.1 มิลลิลิตร และกวนเบาๆ
ขั้นตอนที่ห้า: การให้ความร้อนจากปฏิกิริยา ให้ความร้อนในอ่างน้ำมันอุณหภูมิคงที่ประมาณ 40 ถึง 50 นาทีเพื่อให้อัลโดสในสารละลายทำปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นน้ำตาลเอนอลเอสเทอร์
ขั้นตอนที่ 6: การเติมไฮโดรเจนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น หลอดทดลองถูกนำออกจากอ่างน้ำมันและปล่อยให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง จากนั้นเติม n-heptane 1 มิลลิลิตรและสารละลายโซเดียมทังสเตต 0.05 มิลลิลิตรเพื่อทำปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งมักต้องรอเป็นเวลาหลายวัน
ขั้นตอนที่ 7: แยกผลิตภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์ถูกแยกออกจากสารละลายโดยวิธีการแช่ และผลิตภัณฑ์ถูกระบุและแสดงคุณลักษณะด้วยวิธีต่างๆ เช่น อัลตราไวโอเลตสเปกโทรสโกปี อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี และเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ และอนุมานโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาได้
3. ปฏิกิริยาไกลโคซิเดชัน:
วิธีนี้ก็เป็นที่นิยมเช่นกัน และวัตถุดิบของมันคือ D-xyloside ขั้นแรก ทำปฏิกิริยา D-xyloside และเมทานอลภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ได้ Obenzyl-D-arabinose ต่อไป Obenzyl-D-arabinose จะทำปฏิกิริยากับ NaIO4 ที่ถูกออกซิไดซ์ต่อหน้าสารตั้งต้น ตามด้วยการเติมเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียมแห้ง จึงได้ Beta-D-(-)-Arabinose
กล่าวได้ว่า Beta-D-(-)-Arabinose สามารถสังเคราะห์ได้หลายวิธีตามที่กล่าวไว้ข้างต้น แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสีย และสามารถเลือกวิธีต่างๆ ได้ตามความต้องการที่แท้จริงที่แตกต่างกัน