糖的反应:糖基化和保护

最后，糖的一些反应:糖基化和保护

在这篇文章中，我们将介绍一些糖的简单反应，特别是糖基化和保护:

• 形成"配糖体——只是一个不同的名字缩醛树脂当它们存在于糖的“异构”碳上时
• 水解糖苷键(糖苷)的反应，就像水解缩醛树脂(水酸)
• 糖的-OH基团上的反应，包括保护组织
• 如何选择性地“去保护”异构碳(C-1)

目录

1. 碳水化合物和糖:最后，一些反应!
2. 半缩醛碳上的反应:“糖苷”的形成和水解
3. 酸水解糖苷的研究
4. 双糖的形成(理论上，如果不是实践)
5. 双糖糖苷键的水解
6. 糖的醇基反应:选择性问题
7. 绕过选择性的强力方法:过量试剂
8. C-1(异位碳)上的醚可以选择性裂解
9. 如何避开选择性问题?组织一瞥3
10. 笔记
11. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.碳水化合物和糖:最后，一些反应!

如果化学反应是有机化学课程的核心内容，那么命名法就是核心内容——如果你认为这一章关于糖的内容到目前为止有点“碳水化合物过重”，那也是可以理解的。

术语多，反应少!

今天我们将通过讨论糖的关键反应来弥补化学饮食中的这一缺陷。

我们要讲的糖的反应可以归结为两大类。

第一部分:异名的反应(半缩醛)碳

糖的异位碳可以形成和分解缩醛树脂．差不多就是这样。

• 的形成缩醛树脂(“糖苷”)，包括双糖和多糖
• 水解(解理)缩醛树脂(“苷”)

第二部分:碳水化合物羟基(醇)的反应

糖的羟基可以进行醇的所有反应。醚形成)。关键是让正确的人做出反应!d

• 醚形成(非选择性，除非在初级的特殊情况下(C6)酒精）
• 酯(醋酸)形成(非选择性)与Ac2O。

我们将以一些评论来结束，关于碳水化合物的反应如何真正将我们带到“组织2”中所研究的极限，以及它如何指向“组织3”。

2.半缩醛碳上的反应:糖苷的形成

在几章之前，我们看到了如何将醛和酮通过半缩醛转化为缩醛．在前进方向上，这是通过处理酮(或醛)酒精在酸(如H₂所以₄)．

单糖(如d -葡萄糖)有一个半缩醛官能团由于5元环和6元环之间容易形成羰基碳和羟基，这种现象被称为“ring-chain互变现象”。

所以,半缩醛糖上的官能团也可以转换成满的缩醛通过处理酒精在酸的存在下。

在碳水化合物化学中，这些缩醛树脂有一个特别的名字:配糖体”。

举个例子。用乙醇和酸处理d -葡萄糖会得到一种叫做乙基- d -吡喃葡萄糖苷的产品。

新的C-O键被称为“糖苷键”。在上面的图中，我们只画了一个异位体(α)，但实际上两者都会形成。

糖苷的形成将环“锁”住，不再处于开链的平衡状态，因此不再是“还原糖”。(参见:还原糖］．像所有的缩醛树脂，它将经历的唯一有意义的反应是水解回到酸水溶液的起始物质。

3.酸水解糖苷的研究

因此，用水和酸处理糖苷会得到原始糖(作为一种异构体的混合物，我们可以用“弯曲线”来描述)。

4.双糖的形成(理论上，如果不是实践)

一种特别重要的糖苷是由两种或多种糖结合形成的糖苷。麦芽糖，例如，是缩醛d -葡萄糖中的C-1与C反应形成₄另一个d -葡萄糖分子的- oh形成α-糖苷键。

描述这种连接的一种快速方法是(α-1→4)，其中1和4表示糖苷键两侧的碳数，“α”表示异构碳的立体化学。［快速复习一下和］

理论上，用酸处理d -葡萄糖可以进行这种反应:

[看机理悬停在这里可以看到弹出的图像或者点击链接的形象。

在实践中?好吧，上面的图有点误导人。

在实验室里，在葡萄糖中加入酸可能会让你一些麦芽糖，但它也会从其他羟基(C1-OH, C2-OH等)与C-1碳的反应中产生大量的其他副产物。(我的朋友杰夫会在他的实验笔记本上写下这种反应，称之为“BFM”，其中“M”代表“混乱”)。

在自然界中，已经进化出非常特殊的酶，它们将糖结合在一起，具有微妙的位点选择性(C .的“区域选择性”)₄- oh在这种情况下，相对于其他可能的亲核醇)和立体选择性(α-对麦芽糖)。

例如，C-1的方向是非常重要的缩醛用α (α)表示麦芽糖。β (β)立体异构体完全是另一种双糖(纤维二糖)．］

类似的:

• 蔗糖(蔗糖)是一种双糖通过缩醛葡萄糖的C-1和果糖的C-2形成(α-1→β-2连锁)
• 乳糖是由半乳糖的C-1和C-1形成的双糖₄葡萄糖的-OH (β-1→4连锁)。
• 直链淀粉是淀粉的两个组成部分之一，是葡萄糖的多糖，通过(α-1→4)糖苷键连接。

所有这些都是通过糖之间的糖苷键的形成而形成的，换句话说，都是很好的缩醛形成。

5.双糖糖苷键的水解

就像上文提到的d -吡喃葡萄糖苷乙酯一样，向多糖中加入酸水溶液会将其水解回糖的组成部分。

例如，d -乳糖可以与酸水溶液水解回d -半乳糖和d -葡萄糖:

在生物体中，酶进行糖苷的水解，这被称为糖苷酶．我们熟悉的情况是乳糖不耐受是身体缺乏必要的酶(乳糖酶)来分解乳糖的糖苷键的结果。

酶对立体化学非常敏感。淀粉是一种具有(α-1→4)糖苷键的葡萄糖聚合物，在我们的体内很容易分解为d -葡萄糖单位，但具有(β-1→4)葡萄糖键的纤维素却不能。[有趣的事实:像牛这样的食草哺乳动物依靠肠道中的微生物将纤维素转化为葡萄糖]。

6.糖的醇基反应:选择性问题

糖的羟基会发生什么样的反应?它们本质上就是醇，对吧?

我们已经探讨了醇的许多重要反应以前．假设我们想要做一个醇的肉和土豆反应威廉姆森醚合成- C3.-葡萄糖的。

你可能还记得，要执行威廉姆森，我们所需要做的就是加base和an烷基卤,瞧,一个醚形式。

会出什么问题呢?

实际上，至少有四件事可能出错。c - 3oh对CH没有明显的选择性_3.比其他四个羟基都要多。

结果是需要繁琐分离的产品混合物。

即使现代有机化学很先进，也没有办法得到威廉姆森醚将要发生的合成有选择性地比如说，C3.葡萄糖的-OH在其他羟基上也不会形成醚。

这似乎难以置信，但却是事实。我们对有机化学了解得越多，就越能体会到大自然是多么不可思议，它为糖在特定位点上的反应设计了极具选择性的催化剂不使用保护团体。

有机化学还有很多有待发现的地方!

有一种可靠的方法可以放单醚聚在糖上，比如葡萄糖。C₆-哦伯醇，因此空间受阻比另一个小酒精组。它可以使用非常笨重的烷基卤化物等三苯甲基氯让它有选择性地反应。看到注1］

无论你尝试什么反应——氧化、乙酰化、卤化或硅化——你几乎总是会遇到不受保护的糖的这个问题。一个变通办法是可行的。［注2］

7.绕过选择性的强力方法:使用过量试剂

如果我们放弃选择性的一切希望，只要用大量过量的给定试剂处理糖，就能得到很好的收率。例如，如果我们用过量的碘化甲酯处理葡萄糖在碱存在的情况下，我们得到五醚高产。我们有时称之为“彻底甲基化”。［注3］

使用过量的乙酸酐，还可以形成“五乙酸酯”:

现代生活中一些非常常见的塑料是用各种试剂在“详尽”条件下处理多糖纤维素的结果:

• 醋酸纤维素薄膜(“安全膜”，来自用过量醋酸酐处理纤维素)
• 赛璐珞(第一种塑料，最初用作薄膜原料，通过硝化纤维素获得)
• 人造丝(用过量的二硫化碳处理纤维素形成黄原酸）

8.C-1(异位碳)上的醚可以选择性裂解

一个音符。释放五碳上的C-1羟基是可能的醚通过酸水解，因为异构碳(C-1)的一部分缩醛．

这可能看像一个醚解理(通常需要非常强烈的酸，如H-I)，但实际上只是水解缩醛．(一个很好的“技巧”考试问题!)

9.如何避开选择性问题?

除非我们开发出能够与酶相媲美的催化剂，能够选择性地与糖的羟基发生反应，否则我们就只能采用保护基团的策略了。

在关于酒精的章节中，我们简要地介绍了保护团体。(参见:“酒精保护团体”)有了糖，保护群体策略被提升到了一个全新的水平。这是一个很大的话题，我们今天没有时间在这篇文章中讨论。［不过，这是一个开始．］

一窥远方(Org 3)

我认为保护糖的群体策略是一个你可以称之为" Org 3 "的话题。

这是什么意思?

Org 1和Org 2是介绍各种官能团的性质及其主要反应的课程。官能团基本上是孤立地处理的。

这有点像国际象棋。Org 1和Org 2就像学习如何玩游戏的规则，以及碎片(功能组)如何移动。

在Org 3，生活变得更加复杂。我们学习如何设计策略来处理许多现实生活中分子有多个反应官能团的情况(如葡萄糖)，我们需要有选择性地在其中一个键上形成键。

或者，用国际象棋的术语来说，这是你开始学习如何在整体战略中协调所有棋子的地方。

与此同时，我希望这篇文章更多的是牛肉，而不是面包。

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笔记

注1。Tritylation。

三苯基(三苯基甲基)的质量太大了，以至于它往往只适合在伯醇上，所以它会选择性地与C-6羟基反应:

根据我的经验，我可以说，穿上后感觉也很好，因为你的产品质量飙升(“一开始我吃了400毫克，现在差不多有一克了。——啊!”)。然而，当用三氯乙酸去除这种感觉时，这种感觉就消失了。另一种选择是体积较大的硅基t-丁基二苯硅酰氯(TBDPS)。

注2。这远高于Org 2，但这是一个非常有用的保护序列它允许d -葡萄糖的C-3选择性功能化。治疗丙酮酸(也可以使用刘易斯酸，如CuSO4)结合5个羟基中的4个作为“乙醯”(缩醛树脂的丙酮)．这就剩下了c - 3oh，如果需要的话，它可以选择性地甲基化。[这是用来在尼科拉乌合成白霉素A的甲基醚对葡萄糖C-3的影响看到“碳水化合物化学冒险以及更多精彩的例子。］

注3．这个反应形成了一个更可逆的变体苄醚而不是甲基醚(众所周知，甲基醚很难裂解)。的苄醚可以通过Pd/C和氢气处理去除。

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(高级)参考资料和进一步阅读

1. 碳水化合物的伯醇基与乙酸的酯化反应:一般反应
   r·b·达夫
   j .化学。Soc。1957年,4730 - 4734
   DOI:10.1039 / JR9570004730
   一篇早期的论文表明，对主羟基的选择性单乙酰化是可能的，因为它明显更活泼。
2. 葡萄糖胺的彻底甲基化
   诺伯特·j·沃伊切霍夫斯基，拉尔夫·丹尼尔斯和伯纳德·埃卡诺
   制药。科学。1961年,50(10) 888 - 889
   DOI:10.1002 / jps.2600501024
   摘要指出:“用化学和红外光谱方法研究了氨基葡萄糖四元衍生物的合成。在报告的条件下，葡萄糖胺被发现成为降解和碘化四甲基铵形成”
3. 含锡中间体在碳水化合物化学中的应用
   布鲁斯·葛第礼
   碳水化合物化学和生物化学。1998年,5317 - 142
   DOI:10.1016 / s0065 - 2318 (08) 60043 - 8
   锡的区域选择性酰化和烷基化缩醛树脂是非常有用的选择性保护许多含多元醇体系，包括保护赤道在轴向羟基和用于两者之间的分化赤道羟基具有不同的空间空间环境。
4. 碳水化合物化学冒险:新合成技术，化学合成，分子设计和化学生物学
   K. C. Nicolaou教授Helen J. Mitchell博士。
   Angew。化学。Int。艾德。2001年,40(9), 1576 - 1624
   DOI:10.1002 / 1521 - 3773 (20010504) 40:9
   一个杰作由K. C. Nicolaou教授(现任职于莱斯大学)所作的综述，详尽地涵盖了碳水化合物化学及其在天然产物全合成中的应用。