ტექნოლოგიების გარდა, გლიკოზიდების სინთეზი ყოველთვის საინტერესო იყო მეცნიერებისთვის, რადგან ეს ბუნებაში ძალიან გავრცელებული რეაქციაა. შმიდტის, ტოშიმას და ტაცუტას ბოლოდროინდელი ნაშრომები, ასევე მათში ციტირებული მრავალი წყარო, სინთეზური პოტენციალის ფართო სპექტრს განიხილავს.
გლიკოზიდების სინთეზის დროს, მრავალშაქრიანი კომპონენტები უერთდება ნუკლეოფილებს, როგორიცაა სპირტები, ნახშირწყლები ან ცილები. თუ საჭიროა შერჩევითი რეაქცია ნახშირწყლების ერთ-ერთ ჰიდროქსილის ჯგუფთან, ყველა სხვა ფუნქცია უნდა იყოს დაცული პირველ ეტაპზე. პრინციპში, ფერმენტული ან მიკრობული პროცესები, მათი შერჩევითობის გამო, შეიძლება ჩაანაცვლოს რთული ქიმიური დაცვისა და დეპროტექციის ეტაპები გლიკოზიდებისგან შერჩევითი რეგიონებით. თუმცა, ალკილ გლიკოზიდების ხანგრძლივი ისტორიის გამო, ფერმენტების გამოყენება გლიკოზიდების სინთეზში ფართოდ არ არის შესწავლილი და გამოყენებული.
შესაფერისი ფერმენტული სისტემების სიმძლავრისა და მაღალი წარმოების ხარჯების გამო, ალკილ პოლიგლიკოზიდების ფერმენტული სინთეზი ჯერ არ არის მზად სამრეწველო დონეზე განახლებისთვის და უპირატესობა ენიჭება ქიმიურ მეთოდებს.
1870 წელს მაკოლიმ გამოაქვეყნა „აცეტოქლორჰიდროზის“ (1, სურათი 2) სინთეზის შესახებ დექსტროზის (გლუკოზის) აცეტილქლორიდთან რეაქციის შედეგად, რამაც საბოლოოდ გლიკოზიდების სინთეზის გზების ისტორია განაპირობა.
ტეტრა-0-აცეტილ-გლუკოპირანოზილ ჰალოგენიდები (აცეტოჰალოგლუკოზები) მოგვიანებით აღმოჩნდა, რომ სასარგებლო შუალედური პროდუქტებია სუფთა ალკილ გლუკოზიდების სტერეოსელექციური სინთეზისთვის. 1879 წელს არტურ მაიკლმა წარმატებით მოამზადა კოლის შუალედური პროდუქტებიდან და ფენოლატებიდან განსაზღვრული, კრისტალიზაციადი არილ გლიკოზიდები. (არო-, სურათი 2).
1901 წელს, მაიკლის სინთეზი ნახშირწყლებისა და ჰიდროქსილის აგლიკონების ფართო სპექტრამდე, როდესაც ვ. კენიგსმა და ე. კნორმა წარმოადგინეს თავიანთი გაუმჯობესებული სტერეოსელექციური გლიკოზიდაციის პროცესი (სურათი 3). რეაქცია მოიცავს SN2 ჩანაცვლებას ანომერულ ნახშირბადზე და მიმდინარეობს სტერეოსელექციურად კონფიგურაციის ინვერსიით, მაგალითად, α-გლუკოზიდი 4 წარმოიქმნება აცეობრომგლუკოზის შუალედური პროდუქტის 3 β-ანომერიდან. კენიგს-კნორის სინთეზი ხდება ვერცხლის ან ვერცხლისწყლის პრომოტორების თანაობისას.
1893 წელს ემილ ფიშერმა შემოგვთავაზა ალკილ გლუკოზიდების სინთეზის ფუნდამენტურად განსხვავებული მიდგომა. ეს პროცესი ამჟამად ცნობილია როგორც „ფიშერის გლიკოზიდაცია“ და მოიცავს გლიკოზებისა და სპირტების მჟავა-კატალიზირებულ რეაქციას. მიუხედავად ამისა, ნებისმიერ ისტორიულ ანგარიშში ასევე უნდა შედიოდეს ა. გოტიეს პირველი მოხსენებული მცდელობა 1874 წელს, დექსტროზის უწყლო ეთანოლით გარდაქმნის მარილმჟავას თანაობისას. შეცდომაში შემყვანი ელემენტარული ანალიზის გამო, გოტიე თვლიდა, რომ მან მიიღო „დიგლუკოზა“. ფიშერმა მოგვიანებით აჩვენა, რომ გოტიეს „დიგლუკოზა“ სინამდვილეში ძირითადად ეთილ გლუკოზიდი იყო (სურათი 4).
ფიშერმა სწორად განსაზღვრა ეთილგლუკოზიდის სტრუქტურა, რაც შემოთავაზებული ისტორიული ფურანოზიდური ფორმულიდან ჩანს. სინამდვილეში, ფიშერის გლიკოზიდაციის პროდუქტები წარმოადგენს α/β-ანომერების და პირანოზიდ/ფურანოზიდის იზომერების რთულ, ძირითადად წონასწორულ ნარევებს, რომლებიც ასევე შეიცავენ შემთხვევით დაკავშირებულ გლიკოზიდურ ოლიგომერებს.
შესაბამისად, ცალკეული მოლეკულური სახეობების იზოლირება ფიშერის რეაქციის ნარევებიდან ადვილი არ არის, რაც წარსულში სერიოზულ პრობლემას წარმოადგენდა. ამ სინთეზის მეთოდის გარკვეული გაუმჯობესების შემდეგ, ფიშერმა შემდგომში თავისი კვლევებისთვის გამოიყენა კენიგს-კნორის სინთეზი. ამ პროცესის გამოყენებით, ე. ფიშერი და ბ. ჰელფერიხი პირველები იყვნენ, რომლებმაც 1911 წელს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების თვისებების მქონე გრძელი ჯაჭვის ალკილ გლუკოზიდის სინთეზი აღწერეს.
ჯერ კიდევ 1893 წელს ფიშერმა სწორად შენიშნა ალკილ გლიკოზიდების არსებითი თვისებები, როგორიცაა მათი მაღალი სტაბილურობა დაჟანგვისა და ჰიდროლიზის მიმართ, განსაკუთრებით ძლიერ ტუტე გარემოში. ორივე მახასიათებელი ფასეულია ალკილ პოლიგლიკოზიდებისთვის ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების გამოყენებაში.
გლიკოზიდაციის რეაქციასთან დაკავშირებული კვლევები ჯერ კიდევ მიმდინარეობს და ბოლო დროს შემუშავდა გლიკოზიდების მიღების რამდენიმე საინტერესო გზა. გლიკოზიდების სინთეზის ზოგიერთი პროცედურა შეჯამებულია ნახაზ 5-ში.
ზოგადად, ქიმიური გლიკოზიდაციის პროცესები შეიძლება დაიყოს პროცესებად, რომლებიც მჟავა-კატალიზირებული გლიკოზილის ცვლის დროს კომპლექსური ოლიგომერული წონასწორობის მიღწევას იწვევს.
რეაქციები შესაბამისად გააქტიურებულ ნახშირწყლოვან სუბსტრატებზე (ფიშერის გლიკოზიდური რეაქციები და წყალბადის ფტორიდის (HF) რეაქციები დაუცველი ნახშირწყლოვანი მოლეკულებით) და კინეტიკურად კონტროლირებადი, შეუქცევადი და ძირითადად სტერეოტაქსური ჩანაცვლების რეაქციები. პროცედურის მეორე ტიპი შეიძლება გამოიწვიოს ცალკეული სახეობების წარმოქმნა რეაქციების რთულ ნარევებთან შედარებით, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ის შერწყმულია კონსერვაციული ჯგუფების ტექნიკასთან. ნახშირწყლებმა შეიძლება დატოვონ ჯგუფები ექტოპიურ ნახშირბადზე, როგორიცაა ჰალოგენის ატომები, სულფონილები ან ტრიქლორაცეტიმიდატის ჯგუფები, ან გააქტიურდნენ ფუძეებით ტრიფლატის ეთერებად გარდაქმნამდე.
გლიკოზიდაციების კონკრეტულ შემთხვევაში წყალბადის ფტორიდში ან წყალბადის ფტორიდისა და პირიდინის (პირიდინიუმის პოლი[წყალბადის ფტორიდი]) ნარევებში, გლიკოზილ ფტორიდები წარმოიქმნება ადგილზე და შეუფერხებლად გარდაიქმნება გლიკოზიდებად, მაგალითად, სპირტებთან ერთად. ნაჩვენები იყო, რომ წყალბადის ფტორიდი წარმოადგენს ძლიერ გააქტიურებად, არადეგრადირებად რეაქციულ გარემოს; შეინიშნება წონასწორული ავტოკონდენსაცია (ოლიგომერიზაცია) ფიშერის პროცესის მსგავსად, თუმცა რეაქციის მექანიზმი, სავარაუდოდ, განსხვავებულია.
ქიმიურად სუფთა ალკილ გლიკოზიდები მხოლოდ ძალიან განსაკუთრებული დანიშნულებით გამოიყენება. მაგალითად, ალკილ გლიკოზიდები წარმატებით გამოიყენება ბიოქიმიურ კვლევებში მემბრანული ცილების კრისტალიზაციისთვის, როგორიცაა პორინისა და ბაქტერიოროდოფსინის სამგანზომილებიანი კრისტალიზაცია ოქტილ β-D-გლუკოპირანოზიდის თანაობისას (ამ ნაშრომზე დაფუძნებულმა შემდგომმა ექსპერიმენტებმა დეიზენჰოფერის, ჰუბერის და მიშელის მიერ 1988 წელს ქიმიის დარგში ნობელის პრემიის მოპოვება გამოიწვია).
ალკილპოლიგლიკოზიდების შემუშავების პროცესში, ლაბორატორიულ დონეზე სტერეოსელექციური მეთოდები გამოიყენებოდა სხვადასხვა სამოდელო ნივთიერებების სინთეზირებისა და მათი ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების შესასწავლად. მათი სირთულის, შუალედური პროდუქტების არასტაბილურობისა და პროცესის ნარჩენების რაოდენობისა და კრიტიკული ბუნების გამო, კენიგს-კნორის ტიპის სინთეზები და სხვა დამცავი ჯგუფების ტექნიკა მნიშვნელოვან ტექნიკურ და ეკონომიკურ პრობლემებს შექმნის. ფიშერის ტიპის პროცესები შედარებით ნაკლებად რთულია და უფრო ადვილია კომერციული მასშტაბით განხორციელება და შესაბამისად, წარმოადგენს ალკილპოლიგლიკოზიდების დიდი მასშტაბით წარმოებისთვის სასურველ მეთოდს.
გამოქვეყნების დრო: 2020 წლის 12 სექტემბერი