1.1 Фенольные гликозиды: общие сведения, строение, нахождение в природе

1.1 Фенольные гликозиды: общие сведения, строение, нахождение в природе

Многие народные лекарственные средства давно обратили на себя внимание ученных благодаря широкому спектру биологической активности. В ходе исследования экстрактов некоторых растений, в частности экстракта Populus tremula (коры осины), были обнаружены вещества, состоящие из сахарной части и так называемого гликона (несахарной части) - гликозиды. Дальнейшие работы показали, что гликозиды классифицируются по входящему в них остатку сахара (пиронозные, фуранозные) и агликону [Кочетков химия углеводов]. Соединения, в которых несахарная часть представляет собой различные производные фенолов, выделяются в подкласс фенольных гликозидов. Фенольные гликозиды являются вторичными метаболитами растений и были обнаружены в растениях таких семейств как Salicaceae (Ивовые), Symplocaceae (Симплоковые), Moraceae (Шелковичные), Fabaceae (Бобовые) и других [PhenolicglycosidesoftheSalicaceaeandtheirroleasanti-herbivoredefenses, Phenolicglycosidesfrom Symplocosracemosa: naturalinhibitorsofphosphodiesterase, TwoPhenolicGlycosidesfromtheRootBarkoftheCultivatedMulberryTree (Moruslhou), Phenolicglycosidesofforagelegume Onobrychisviciifolia].

Первым полученным представителем фенолгликозидов является салицин. Так, Еще в 1760-х годах священнослужитель Эдвард Стоун успешно использовал кору ивы белой в качестве жаропонижающего средства. Идея использования именно коры ивы белой появилась из-за схожести горечи с корой хинного дерева Сinchona – весьма дорогого препарата для лечения лихорадки [ Великие лекарства: В борьбе за жизнь Авторы: Владислав Дорофеев]. В 1828 году профессору фармакологии Мюнхенского университета Иоганну Бюхнеру удалось выделить желтое кристаллическое вещество, названное салицином [Nicolaou,, K. C.; Tamsyn Montagnon (2008). Molecules that changed the world: A Brief History of the Art and Science of Synthesis and its Impact Society ]. Работу по выделению салицина продолжил французский химик Анри Леруа. Рафаэль Пириа в 1838 году определил, что салицин является глюкозидом салицилового спирта [Piria, Raffaele (1848). "Recherches sur la constitution chimique de l'asparagine et de l'acide aspartique". Annales de chimie et de physique 22: 160–179.]. В последующие годы были усовершенствованны методы экстракции и салицин был обнаружен в растениях других семейств [Firstreportofbacterialsoftrotofmilkthistle (Silybummarianum) causedbypectobacteriumcarotovorumsubsp. carotovoruminJilinProvinceofChina, Biologicalactivityofviolaodoratalinnagainstmycobacteriumtuberculosis ]. Окисление салицина с получением салициловой кислоты стало основой популярнейшего препарата – ацетилсалициловой кислоты [ Weissman G. Aspirin. ScientificAmerican, 1991, v. 264, № 1, PharmaceuticaactaHelvetiae, 1972, vol. 47, # 2 p. 133 - 141]. В настоящее аспирин используется не только в качестве жаропонижающего, но и для профилактики инфаркта миокарда и тромбозов, так как ацетилсалициловая кислота является ингибитором циклооксигеназы [машковский].

Таблица 1.1 – Некоторые представители феногликозидов и их фармакологические свойства

Гликозид	Год открытия	Формула	Биологическая активность	Нахождение в природе
Salicin
Salirepin[ Phenyl β-d-Glucopyranoside Derivatives from the Fruits of Idesiapolycarpa ]
Salireposide [Isolation of salicin and salireposide from Salix rosmarinifolia L ]

Данные Таблицы 1.1 показывают, что фенольные гликозиды, содержащие в качестве агликона производные салицилового спирта, обладают биологической активностью. Следовательно, можно предположить, что неустановленные соединения подобного строения также потенциально биологически активны.

Активность фенольных гликозидов зависит от многих факторов: вида остатков сахара, агликона, количеству гидроксидных групп в агликоне и их положению[ Structuralcharacterizationofphenolicantioxidantsfrompurpleperilla (Perillafrutescens var. acuta) leave] и т.д. Фенольные соединения весьма реакционноспособны и токсичны, по этой причине в растениях такие молекулы содержатся в виде гликозидов [ Карпук, В. В.. Фармакогнозия: учеб.пособие / В. В. Карпук. — Минск: БГУ, 2011. — 340 с. — (Классическое университетское издание), 2011 ]. Фенолы в гликозилированной форме гораздо менее токсичны, применение гликозидов наносит меньший вред организму. Кроме этого, наличие остатков сахара увеличивает растворимость и доступность активного компонента в разы [Кочетков химия]. Ярким примером является салицин и ацетилсалициловая кислота. Гликозид не оказывает значительного влияния на желудочно-кишечный тракт, но сохраняет жаропонижающие свойства [Akao, T., Yoshino, Е., Kobashi, K., Hattori, M.EvaluationofSalicinasanAntipyreticProdrugthatdoesnotCauseGastricInjury Plantmed, 2002, 68 (8), 714-718].

Индивидуальные вещества представляют собой белые кристаллы, растворимые в низших спиртах, воде и их смесях и нерастворимые в большинстве органических растворителей (этилацетат, хлороформ, многоатомных спиртах). Причем значительный вклад в гидрофильность вносит агликон [Кочетков]. Фенольные гликозиды способны к гидролизу с минеральными кислотами при нагревании, как гликозиды, и к образованию фенолятов, как фенольные соединения. [ Карпук, В. В.. Фармакогнозия: учеб.пособие / В. В. Карпук. — Минск: БГУ, 2011. — 340 с. — (Классическое университетское издание), 2011 ].Качественно фенольные гликозиды определяются по характерному окрашиванию нанесенного на пластину силикагеля вещества при обработке раствором H₂SO₄ и последующим нагревом. Фенольные агликоны идентифицируются с помощью реактива Фолина-Чокальтеу (синие окрашивание за счет образование оксидов вольфрама) [PhytochemicalprofileandtheantioxidantactivityofChileanwildblack-berryfruits, Aristoteliachilensis (Mol) Stuntz (Elaeocarpaceae)], хлоридом железа (окрашивание в синий за счет образования комплекса). Кроме предложенных, фенольные гликозиды определяются современными методами физико-химического анализа: ИК-, УФ-, ВЭЖХ [DeterminationofPhenolicCompoundsfrom Geraniumsanguineum by HPLC], ультра-ВЭЖХ с масс-детектором [AnalysisofElevenPhenolicCompoundsIncludingNovel p -CoumaroylDerivativesinLettuce (Lactucasativa L.) byUltra-high-performanceLiquidChromatographywithPhotodiodeArrayandMassSpectrometryDetection] однако в данном случае необходимо не только получить чистое вещество из экстракта, но и иметь соответствующий маркер. Так как лишь часть гликозидов «расшифрованы», то некоторые виды анализов подходят для ограниченного числа соединений. При синтезе нового гликозида проводятся (по возможности) вышеперечисленные анализы, снимаются спектры ЯМР ¹³С и ¹Н, в том числе и двумерные.

Ретросинтетический анализ фенольных гликозидов.

Синтез фенольных гликозидов представляет собой комплексную задачу, которая затрагивает многие процессы органической химии. Несмотря на то, что каждая отдельная стадия получения гликозида использует базовые методы органической химии, общая схема получается довольно внушительной и сложной.

В процессе получения гликозида решаются параллельные задачи: получение агликона и получение гликозидного донора. В связи со хемо- и стереоспецифичностью требуется предварительные стадии ацилирования реагентов. Кроме того, получение гликозидов с различными заместителями в агликоне интересно с точки зрения обнаружения в растительном сырье.

Таким образом, можно выделить стадии получения, указанные в Таблице 1.2:

Стадии получения гликозидного донора	Стадии получения агликона
Ацилирование	Ацилирование
Галогенирование	Формилирование
Гликозилирование
Восстановление формильной группы
Селективное снятие ацильных групп с остатка сахара

Ацилирование

В синтезе применяется стадия ацилирования дифенолов по одной и глюкозы по четырем гидроксильным группам. В качества доноров ацетильных групп большоеширокое применение нашел ангидрид уксусной кислоты, который проявляет большую активность в реакциях ацилирования, чем соответствующая кислота. Кроме того, исключается обратимость реакции за счет образования воды [Нел.]Ацетилирование сахарида и дифенола протекает в разных условиях и соотношениях с агентом, так как требуется получить разные по степень замещения продукты. В случае дифенола требуется избыток субстрата для исключения образования дизамещенного производного.

Для образования монобензоилзамещенныхдифенолов применяются галогенангидриды ароматических карбоновых кислот, в частности бензоилхлорид, которые позволяют проводить реакцию в условия Шоттена-Баумана[(1886) «UebereineeinfacheMethodederDarstellungvonBenzoësäureäthern». BerichtederdeutschenchemischenGesellschaft 19: 3218.]. Акцептором галогенводорода является щелочь, а меньшая активностьароматическогогалогенангидрида по сравнению с алифатическим допускает применение воды.

Модификацией реакции Шоттена-Баумана является метод Айнхорна, в котором в качестве связующего используется пиридин. Продукт получается с высоким выходом, однако, часто обнаруживается примесь пиридина, от которой практически невозможно избавится.

При гликозилировании неацилированных[S1] по гидроксильным группам наблюдается отсутствиеует хемо- и стереосецифичностиь (образование смеси α- и β-изомеров пиранозной и фуранозной форм) и возможна самоконденсация [методы образования]. Поэтому, В качестве защитных групп при получении гликозидного донора применяются бензильные (Bn), бензоильные (Bz), аллильные (Al), хлорацетильные (ClAc), трет -бутилдифенилсилильные (TBOPS), трет -бутилдиметилсилильные (TBOМS) [слайды москвы].

Гликозидные доноры

1. Развитие методов гликозилирования связано с поиском катализаторов и более реакционноспособных остатков сахара. В синтезе используются лабильные (полуацетали, галогенсахара, ортоэфиры, трихлорацетимидаты) [?] и стабильные (тиогликозиды, 4-пентениловые эфиры, фенилселеногликозиды) [?] доноры, позволяющие сократить стадийность процесса и увеличить выход целевого продукта за счет стабилизации конформации и пространственной ориентации [методы образования]. Выбор реагента зависит от поставленной задачи и условий протекания реакции. Среди доноров, обеспечивающих наибольшую селективность, выделяются тиогликозидные доноры и трихлорацетимидаты (Рис. Х) [методы,Schmidt, R. R., Michel, J. Angew. Chem. 1980, 92, 763 – 764.,SinajP. Recent advances in glycosylation reactions Pure&Appl. Chem., 1991, 63 (4), 519-528

]

Рисунок Х –

Рисунок Х -

В большинстве случаев[S2] в качестве гликозидного донора используется О-ацилгликозилгалогениды. В ряду I>Br>Cl>F реакционная способность [S3] падает [химия природных]. Бромиды используются наиболее активно из-за легкости получения и активного галогена.

Методы гликозилирования

Как было показано ранее, одной из ключевых задач в разработке методов синтеза гликозида является образование гликозидной связи - типа ковалентной связи, которая соединяет молекулу сахара с другой молекулой, часто с другим сахаром [ Кнорре Д. Г., Мызина С. Д. Биологическая химия. — 3. — Москва: Высшая школа, 2000. — 479 с.]. В растительных клетках процесс гликозилирования протекает с помощью ферментов – гликозилтрансфераз[S4] - и, следовательно[S5], образуется только 1,2- транс -гликозиды. При получении гликозидов in vitro требуется не только образовать связь между спиртом и полуацетальной группой сахара, но и обеспечить β-селективность реакции.

Многие методики гликозилирования неприемлемы, так как не обеспечивают достаточную селективность, либо малоселективны. Так, например, метод Фишера[S6], несмотря на при своюей простотуе приводит к образованию смеси α- и β-изомеров пиранозной и фуранозной форм [Кочетков химия ПРИРОДНЫХ ]. При гликозилировании неацилированных по гидроксильным группам также наблюдается отсутствие хемо- и стереосецифичности и самоконденсация[S7] [методы образования].

Метод Михаэля

Работы Михаэля в 1879 году стали весьма популярными, так как, в отличии от более ранних работ, сообщалось о стереоспецифичности реакции за счет обращения конфигурации гликозидного центра: [Michael, A. / Am. Chem. J.– 1879.– Vol.1]

Различные модификации данного метода широко используются в настоящее время. Например, гликозилирование в условиях межфазного катализа, где также [S8] применяется фенолят натрия, но уже в совокупности с катализатором фазового перехода и органическим растворителем.В качестве катализаторов используются краун-эфиры, соли тетраалкиламмония, трикаприламмонийхлорид, N-додецил-N-метилэфедринийбромид, N-метил-N-додецил-N,N–бис-оксиэтиламмонийбромид, соли фосфония [межфазный катализ,RoyR., TropperF.D. Synthesesofglycosylphosphatesbyphasetransfercatalysis Can. J. Chem. 1991, 69, 1462.,LewisPh., KaltiaS., WahalaK. Thephasetransfercatalysedsynthesisofisoflavone-O-glucosides J. Chem. Soc., PerkinTrans. 1998, 1, 2481-2484.]. В большинстве случаев синтезполучение нуклеофила составляет основную сложность получения гликозида, поэтому существенным недостатком данного метода является количество агликона, требуемого для гликозилирования. Кроме того, множество факторов, влияющих на процесс (соотношение реагентов, растворитель, температура и время процесса, тип катализатора), требуют тщательной подборки условий. [Ученые записки Таврического национального университета им.В.И.Вернадского Серия 23 (62). 2010. No2. С. 225-231, особенности мфк салициловой кислоты].

Метод Кенигса-Кнорра

В 1901 году Кенингсом и Кнором был предложен метод гликозилирования, в котором впервые в качестве гликозидного донора использовались гликозилбромиды и гликозилхлориды []. В настоящее время большинство гликозидов получается либо данным методом, либо его модификациями, представляющими собой конденсацию,катализируюмуюоксидом или карбонатом серебра (I) и протекающую в неполярных растворителях.

Модификацией предложенного процесса является метод Гельфериха, согласно которому реакция протекает в среде полярного растворителя в присутствии солей ртути (II) (ацетата или цианида):

Модификация Шредера использует оксид и бромид ртути. Данные методы не нашли широкого применения, так как препаративно сложны и дают смесь изомеров [химия природных]

Стереоспецифичность реакции объясняется предложенным механизмом:

Направление атаки нуклеофила обеспечивается конфигурацией ацилоксониевого иона. Образование циклического ортоэфира менее предпочтительно и наблюдается при проведении процесса в избытке катализатора, причем в структуре во втором положении глюкозного донора гликозидного донора должны присутствовать ацилы, которые легко образуют эфир (например, ацетильные группы).

Ортоэфирный метод

Метод, предложенный Кочетковым Н.К. в 1967 году, объединил в себе накопленные знания о процессах гликозилирования, дал объяснение результатам, полученным методами Кенигса-Кнорра и дригими, и явился основой для развития других методов [KochetkovTetrahedron 1967,23,629-707]. Образование гликозида протекает за счет конденсации сахара, ацилированного ацетильными или бензоильными группами, с образованием 1,2- транс -глюкозида в среде нитрометана и присутствии бромной ртути (II). Последующие работы Кочеткова и его учеников [Бочков А.Ф. Образование и расщепление гликозидных связей, Бочков А. Углеводы, Кочетков Н.К. Химия углеводов, ортоэфиры сахаров(биоорг.химия)] показали, что возможен процесс не только образования гликозида, но и переэтерификация:

Определяющими факторами являются растворитель и катализатор. Эфир как основной продукт реакции обнаруживается при проведении реакции в малополярных растворителях в присутствии бромида ртути и при недостаточном количестве катализатора в среде нитрометана.

Основнокатализируемоегликозилирование (по Шмидту).

Шмидт в 1980 году предложил метод создания гликозидной связи с использованием оснований.

Достоинством данного метода является широкий круг гликозидных доноров: от незащищенных сахаров до трифлатов. Однако реакция весьма чувствительна к катализаторам, исходным реагентам и растворителю [JensenK.J. O-GlycosylationsunderneutralorbasicconditionsJ. Chem. Soc., PerkinTrans. 2002, 1, 2219–2233].

Формилирование

Из всех возможных способов получения формильной группы: окисление спиртовой, восстановление карбоксильной групп, конденсация и прямое введение карбонильной [S9] группы, для требуемых структур наиболее подходящим является последний [S10] [органическая химия марч]. Методов формилирования фенолов весьма мало[S11], что упрощает поиск существующих реакций, но создает необходимость в оптимизации под соответствующий реагент.

Реакция Реймера-Тимана

Классический метод получениябензальдегидов представляет собой конденсацию фенола и хлороформа в среде сильного основания (1875 год)[Tiemann F., Müller W. H. M. UberAbkömmlingedesHydrochinonsBerichtederdeutschenchemischenGesellschaft 1881, 14 (2), 1985–1999]. Реакция протекает через образование дихлорметильного аниона, который переходит гем -дихлорбензильную структуру. Последняя быстро подвергается гидролизу, с образованием альдегида [матье, курс теории].

Схема 2. Механизм реакции Реймера-Тимана.

Реакция не является селективной, так как происходит образование о - и п -изомера, требует большого количества исходных веществ, однако широко применяется в синтезе простейших альдегидов из-за простоты и большого количества возможных субстратов: алкил-, алкокси-, галогенфенолы, гидроски-производные ряда нафталина, хинолина [ Wynberg H. TheReimer-TiemannReaction. Chem. Rev. 1960, 60 (2), 169–184].При этом электронодонорные заместители увеличивают выход продукта, в то время как наличие в молекуле электорноакцептора снижает общий выход альдегидов до 10-30% [химическая энциклопедия:В 5 т. Т5. / под ред. Л.И. Кнунянца – М.: Мир, 1998, 783с.]

Реакция Геттермана-Коха.

Введение формильной группы в бензол или другой полициклический арен возможно в условиях реакции Геттермана-Коха (1897 год) [слайды], (посмотреть выходы!!!)

Схема 3. Получение бензальдегида методом Геттермана-Коха.

Данный метод имеет значительные трудности в исполнении (использование кислоты Льюиса, повышенного давления) и не подходит для формилирования фенолов, нафтолов или простых эфиров, для которых реакция протекает при использовании смеси синильной кислоты и хлороводорода на хлориде цинка.[органический синтезы]. Реакция также не селективна, однако, в отличии от реакции Реймера-Тимммана, основным продуктом является п -изомер.

Реакция Вильсмейера-Хаака

Способом получения п -изомеров относительно активирующей группы (амино, гидрокси и других) является синтез по Вильсмейеру-Хакку (1927 г) [ ilsmeier A., Haack A. ÜberdieEinwirkungvonHalogenphosphoraufAlkyl-formanilide.EineneueMethodezurDarstellungsekundärer und tertiärer p-Alkylamino-benzaldehyde (нем.) ]..Ключевым моментом реакции служит образование комплекса между амидом муравьиной кислоты и катализатора (тионилхлорида(SOCl₂), фосгена(COCl₂), хлорокисифофсора (РOCl₃)).

Формилированиегексаметилтетрамином.

Гексаметилтетрамин (уротропин) интересен тем, что в кислой среде способен формилировать многие субстраты. Данный процесс стал основой таких реакций как: Соммле, Делепина и Даффа, различающихся характером субстрата, условиями и результатом. Для реакции Делепина продуктами являются первичные амины, полученные при гидролизе четвертичной аммонийной соли, образованной при воздействии на алкил- либо арилгалогенид уротропином [M. Delépine, Bull.Soc.Chim.Fr.. 1895, 13, S. 352—361]. Реакция Соммлеиспользует первые стадии предыдущего метода, но дает альдегиды при кислотном гидролизе той же соли.[Marcel Sommelet (1913). «Sur un mode de décomposition des halogénoalcoylatesd'hexaméthylène - tétramine]

Несмотря на простоту условий и доступность субстратов, реакция Соммле не применима для веществ, имеющих заместитель в о-положении и требует дезактивации гидроксильных групп. Модификацией данного метода является реакция ЛеЭнаффа, в которой в реакцию с уротропином вводится соответствующийметиленимин.

1.2.5.2 Реакция Даффа.

Реакция Даффа (1932 г.) представляет собой удобный и простой способ введения карбонильной группы в о -положение с большой селективностью и для широкого круга субстратов (фенолы, дифенолы, алкилфенолы, хлорфенолы, α-и β-нафтолы) [Duff, J. C.; E. J. Bills (1932-01-01). «Reactions between hexamethylenetetramine and phenolic compounds. Part I. A new method for the preparation of 3- and 5-aldehydosalicylic acid... Общая органическая химия, пер. с англ., т. 2, М., 1982, с. 710-11. Н. В. Лукашов.].В качестве кислой среды используютсяглицеринборная (HBO₂ в сухом глицерине), ледяная уксусная, безводная трифторуксусная кислоты.

Общую схему введения карбоксильной группы в молекулу по методу Даффа можно представить следующим образом:

Схема 11. Общая схема формилирования по методу Даффа.

Механизм формилирования можно представить следующей схемой:

Схема 12. Механизм формилирования по методу Даффа.

Необходимо еще привести пару ссылок на современные примеры (2010-1015 год) использования этой реакции

Восстановление альдегидной группы

Из множества методов восстановления, применяемых в органическом синтезе (), в данном случае подходят лишь немногие[S12]. Так, восстановление амальгамой натрия препаративно сложный метод, а широко используемый метод Буво-Блана (восстановление натрием в абсолютированном спирте) большее применение находит в случае сложных эфиров[S13] и в качестве продуктов дает гликоли [Методы эксперимента в органической химии,]. Одним из предпочтительных вариантов является каталитическое восстановление такими металлами как никель, цинк, платина, палладий и другие в условиях кислотного катализа [методичка по бав].

Так же можно проводить восстановление по Меервейну-Пондорфу с исспользованием алкоголята алюминия ИПС[S14] е.. Восстановление альдегида происходит за счет окисления эквивалентного количества изопропанола в ацетон.

Несмотря на кажущуюся простоту метода, результат сильно зависит как от характера субстрата, так и от условий ведения процесса [yfrjvgt].

Наиболее предпочтительным методом для селективного восстановления формильной групп с выходами, близкими к количественным, является восстановление гидридами металлов. Самые удобные реагенты – комплексы борогидрида натрия NaBH4 или алюмогидрида лития LiА1Н4. Последний, вследствие своей активности, требует высокоинертных растворителей (ТГФ, EtO₂). В качестве растворителей для борогидрида натрия применяют этанол, метанол, изопропиловый спирт, пиридин, ацетонитрил[методичка]. Для решения конфликта растворимости восстанавливающего агента и альдегида используют четвертичные аммонийные соли борогидрида натрияили проводят реакцию в условиях межфазного катализа с использованием краун-эфиров и еще чего?

Снятие ацетильных групп с глизодида

Последней стадией в получении гликозида является дезацетилирование гликозидов. При этом необходимо не затрагивать ацильную группу агликона и гликозидную связь.

[S1]Чего?

[S2]Не нравится мне это утверждение

[S3]Чего?

[S4]Точно они так называются? Обычно это гликозиазы. Гликозилтрансферазы переносят остаток глюкозы с одного субстрата на другой

[S5]Не понятно, почему это следует

[S6]Схемку бы

[S7]Не понятно. Это же и есть метод Фишера

[S8]Так же как и где?

[S9]Может, лучше формильной? Вроде бы одно и то же, но карбонильная может предполагать еще и кето-группу

[S10]Почему?

[S11]В литературе?

[S12]Почему?

[S13]Непонятно, т.к. в присутствии алкоголята натрия все сложноэфирные связи почикаются

[S14]распиши

Дата добавления: 2015-11-04