Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
NAH019Carbohydrate Chemistry - Χημεία Υδρογονανθράκων
Themes: Protecting Groups Selective Transformations Neighbouring Group Participation Kinetic & Thermodynamic Control
D-GlucoseD-Γλουκόζη
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
Fischer ProjectionΠροβολές Fischer
Crystallsied in 2 forms - Κρυσταλλώνονται σε 2 μορφές;
1) α-μορφή, mp 146 oC, [α]D + 111o (κρύα EtOH)
2) β-μορφή, mp 148-50 oC, [α]D + 19o (ζεστή Πυριδίνη)
Either α or β in water give same solution with [α]D +53ο. Called MUTAROTATIONΕίτε α ή β στο νερό δίνουν το ίδιο διάλυμμα με [α]D +53ο. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται MUTAROTATION
Explanation: cf Rxn of acetaldehyde with EtOH
H
HOMe+
EtO_
Me H
EtO OH
Hemiacetal
Me H
EtO OEt
Acetal
+ EtOH
Similarly Glucose can react Intramolecularly to give Cyclic HemiacetalsΟμοίος η Γλυκόζη μπορεί να αντιδράσει Ενδομοριακά για να δώσει Κυκλικές Ημιακετάλες
All possible forms exist in water: open chain, furanose, and pyranose. 5 diffeternt molecules!Όλες οι πιθανές μορφές μπορούν να υπάρξουν στο νερό: ανοικτή αλυσίδα,φουρανόζη και πυρανόζη. 5 Πιθανά μόρια!
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
Left UPΠρος τα ΠΑΝΩ
Right DOWNΠρος τα ΚΑΤΩ
HO
CHO
H
HHO
OHH
OHH
CH2OH
D-GlucoseD-Γλουκόζη
D-MannoseD-Μανόζη
Θέματα Ομάδες Προστασίας Επιλεκτικές Μετατροπές Συμμετοχή Γειτονικής Ομάδας Κινητικός και Θερμοδυναμικός έλεγχος
NAH020Similarly Glucose can react Intramolecularly to give Cyclic HemiacetalsΟμοίος η Γλυκόζη μπορεί να δράσει Ε
All possible forms exist in water: open chain, furanose, and pyranose. 5 diffeternt molecules!Όλες οι πιθανές μορφές υπάρχουν στο νερό: ανοικτή αλυσίδα, φουρανόζη και πυρανόζη.5 Διαφορετικά μόρια!
eg. Glucoseπχ. Γλυκόζη
νδομοριακά για να δώσει Κυκλικές Ημιακετάλες
CHOOH
H
H
OH
OH
H
OH
HHOH2C
AcyclicΑκυκλι
ionιακετάλης
D-Glucose TRACE onlyκή D-Γλυκόζη μόνο ΙΧΝΗ
Spontaneous cyclic hemiacetal formatΑυθόρμητος σχηματισμός κυκλικής ημ
OH
HO
H
HOH
OOHH H
OH
OH
HO
H
HOH
HOHH O
OH
OH
HO
H
HOH
OHOHH H
OH
OH
HO
H
HOH
HOHH OH
OH
H H
H+
H+
α-D-Glucopyranoseα-D-Γλυκοπυρανόζη β-D-Glucopyranose
β-D-Γλυκοπυρανόζη
DiastereoisomersΔιαστερεοϊσομερη
PyranΠυράνιο
In aq. Soln
strain freeχωρίς τάση
ularintramolecενδομοριακά
H
OH
HH OH
HO HO
HHOHO
OH
H
HH OH
HO HO
HHOHO
α-D-Gluα-D-Γλυκοφουρα
oseανόζη
cofuranoseνόζη
β-D-Glucofuranβ-D-Γλυκοφουρ
H
H
HO
H
OOH
H
H+
HOH2CHO
H
OH
H
H
HO
H
HOH
O H+
HOH2CHO
H
OH
O
FuranΦουράνιο
O
DiastereoisomersΔιαστερεοϊσομερή
Σ < 1 %
talline α and β forms are the two pyranoses. (determined by X-Ray crystallography).ταλλικές μορφές α και β είναι οι δυο πυρανόζες.(χαρακτηρίζονται από κρυσταλλογραφία X-
which forms the hemiacetals is called the ANOMERIC CENTRE. The 2 α and β forms aro as the ANOMERS. 1, αυτός που σχηματίζει την ημικετάλη ονομάζεται ΑΝΩΜΕΡΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ. Οι μορφές 2
ούνται ΑΝΩΜΕΡΗ.
Aq. Soln ComplexΥδ. Διαλ. Περίπλοκο
40 %60 %
Fully Reversible; always gives + ve test for aldehyde despite low [CHO]Πλήρως Αντιστρεπτή. Πάντα δίνει θετικό τεστ για αλδεϋδες παρά τη μικρή [CHO]
The 2 crysΟι 2 κρυσ Ray).
Carbon 1, e then reffered tΑνθρακάς α και β αποκαλ
NAH021Nomenclature - Ονοματολογία
Classed according to No. of C atomsΤαξινομούνται σύμφωνα με τον αριθμό ατόμων άνθρακα
H
CHO
CH2OH
OH
A Triose eg, D (+) GlyceraldehydeΜια Τριόζη πχ, D (+) Γλυκεραλδεϊδη
H
CHO
OH
A Tetrose eg, D (-) ErthyroseΜια τετρόζη πχ, D (-) Ερθυρόζη
CH2OH
H OH
H
CHO
OH
A Hexose eg, D (-) GlucoseΜια Εξόζη πχ, D (-) Γλυκόζη
HO OH
CH2OH
H OH
H OH
Classed According to Terminal functional groupsΤαξινόμηση σύμφωνα με τις ακρινές λειτουργικές ομάδες
HO
CHO
H
A Aldose eg, D (-) MannoseΜια Αλδόζη πχ, D (-) Μαννόζη
HO H
CH2OH
H OH
H OH
CH2OH
O
A Ketose eg, D (-) FructoseΜια Κετόζη πχ, D (-) Φρουκτόζη
HO H
CH2OH
H OH
H OH
NAH022OPEN CHAIN CHEMISTRY - ΧΗΜΕΙΑ ΑΝΟΙΚΤΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ
1) Oxidation of Glucose - Οξείδωση της Γλυκόζης
a) KMnO4 & K2Cr2O7 too strong: Complete Degredation to OXALIC ACID and CO2 πολύ δυνατά: Πλήρης διάσπαση σε οξαλικό οξύ και CO2
b) Bromine water - SELECTIVE oxidation of aldehyde function to give -ONIC ACID. Ketoses are inert and hence this is a diagnostic test.
Βρωμιούχο νερό - ΕΠΙΛΕΚΤΙΚΗ οξείδωση της αλδεϋδικής ομάδας για να δώσει -ΟΝΙΚΟ ΟΞΥ. Οι Κετόζες είναι αδρανείς και έτσι αυτό είναι διαγνωστικό τεστ.
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
Br2, H2OH
CO2H
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
D - Gluconic AcidD - Γλουκονικό Οξύ
Usually isolated as the γ or δ lactoneΣυνήθως απομονώνεται ως γ ή δ λακτόνη.
γ
δ
c) Dilute HNO3 oxidises bothe CHO and terminal CH2OH giving dicarboxylic acid (as a lactone) - an -ARIC ACID. Αραιό HNO3 οξειδώνει και το CHO και την ακρινή ομάδα CH2OH δίνοντας δικαρβοξυλικό οξύ (σαν μια λακτόνη) - ένα -ΑΡΙΚΟ ΟΞΥ.
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
HNO3, H2OH
CO2H
OH
HHO
OHH
OHH
CO2H
D - Glucaric AcidD - Γλουκαρικό Οξύ
NAH023OPEN CHAIN CHEMISTRY - ΧΗΜΕΙΑ ΑΝΟΙΚΤΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
H
CH2OH
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
D - Glucitol (Sorbitol)D - Γλυκιτόλη (Σορβιτόλη)
2) Reduction of Sugars - Αναγωγή Σακχάρων
Reduction of the aldehyde or ketone functions is usually accomplished by Na amalgam / EtOH or NaBH4 at pH 7Αναγωγή των αλδεϋδικών ή κετονικών ομάδων συνήθως επιτυγχάνεται από αμάλγαμα Νa / EtOH ή NaBH4 at pH 7
pH 7
HO
CHO
H
HHO
OHH
OHH
CH2OH
HO
CH2OH
H
HHO
OHH
OHH
CH2OH
D - MannitolD - ΜαννιτόληpH 7
NaBH4
CH2OH
O
HHO
OHH
OHH
CH2OH
pH 7
H
CHO
OH
HHO
HHO
OHH
CH2OH
H
CH2OH
OH
HHO
HHO
OHH
CH2OH
Optically Inactive GalactitolΟπτικά μη ενεργήΓαλακτιτόλη
pH 7
NaBH4
NaBH4
D FructoseD Φρουκτόζη
D - Mannitol+
D - Glucitol
D - GalactoseD - Γαλακτόζη
D - MannoseD - Μαννόζη
D - GlucoseD - Γλυκόζη
NaBH4
D - Μαννιτόλη+
D - Γλυκιτόλη
NAH024OPEN CHAIN CHEMISTRY - ΧΗΜΕΙΑ ΑΝΟΙΚΤΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ
H
CHO
OHPhNHNH2(1 equiv.)
3) Hydarzone and Osazone Formation - Σχηματισμός Υδραζόνης και Οσαζόνης
Both Aldoses and Ketoses react with phenyl hydrazine (1 equiv.) to give the expected hydrazone.
Οι Αλδόζες και οι Κετόζες αντιδρούν με φαινυλυδραζίνη (1 ισοδύναμο) για να δώσουν την αναμενόμενη υδραζόνη.
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
H
CH(SEt)2
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
EtSH, H+
4) Formation of Thioacetals - Σχηματισμός Θειοκετάλης
H OHNNHPhH
CH2OH
OPhNHNH2(1 equiv.)
CH2OH
NNHPh
With XS PhNHNH2 the sugar is oxidised to give a highly crystalline OSAZONEΜε περίσσεια PhNHNH2 το σάκχαρο οξειδώνεται για να δώσει την υψηλής κρυσταλλικότητας ΟΣΑΖΟΝΗ
H
CHO
OH orCH2OH
OXS PhNHNH2
NNHPh
H NNHPh
OsazoneΟσαζόνη
D-Glucose and D-Mannose give same OsazoneD-Γλυκόζη and D-Μαννόζη δίνουν κάποια Οσαζόνη
Derivative most used in carbohydrate chemistry when examining chemistry of open chain poly hydroxy compounds
Το παράγωγο χρησιμοποιήται κυρίως σε υδρογονανθρακική χημεία όταν εξετάζεται η χημεία ανοικτής αλυσίδας πολυ-υδρόξυ μορίων.
NAH0255) Homologation and Degredation Rxns of Carbohydrates Αντιδράσεις ομολογοποίησης και υποβάθμιση υδρογονανθράκωνThe chain length of sugars may be increased (ASCENT of the series) or decreased (DESCENT)Το μήκος της αλυσίδας των σακχάρων μπορεί να αυξηθεί (ΑΝΟΔΟΣ της σειράς) ή να μειωθεί (ΚΑΘΟΔΟΣ)
a) Ascent - Kiliani Method Άνοδος - Μέθοδος Kiliani
CH3CHOHCN
CN
OHH3C
Cyanohydrin - Κυανϋδρίνη
Hydrolysis
H+, or HO-CO2H
OHH3C Lactic Acid
Λακτικό Οξύ
Since a new chiral centre is introduced in this rxn 2 (onic) acids are formed as their lactones. Subsequent reduction then gives 2 aldosesΑφού ένα νέο χειρικό κέντρο έχει εισαχθεί σε αυτή την αντίδραση, 2 (ονικά) οξέα σχηματίζονται όπως οι λακτόνες τους. Μετέπειτα αναγωγή δίνει 2 αλδόζες.
Such rxns can be used to determine stereochemistry. Τέτοιες αντιδράσεις χρησιμοποιούνται για να καθορίσουν τη στερεοχημεία.Eg. D-Arabinose is an aldo pentose Πχ Η D-Αραβινόζη είναι μια άλδο πεντόζη.
CHO
(CHOH)3
CH2OH
HNO3, H2OCO2H
(CHOH)3
CO2H
2 optically active D-arabinaric acids formed. Must lack mirror plane. Thus D-arabinose is either A or B:
2 οπτικά ενεργά D-αραβιναρικά οξέα σχηματίστηκαν. Πρέπει να υστερούν από επίπεδο συμμετρίας. Έτσι η D-αραβινόζη είναι ή το Α ή το Β:
CHO
HO H
HO H
H OH
CH2OH
A
CHO
HO H
H OH
H OH
CH2OH
B
Kiliani ascent and nitric acid oxidation gives 2 optically active -aric acids.Η άνοδος Kiliani και η οξείδωση νιτρικού οξέως δίνει 2 οπτικά ενεργά -αρικά οξέα.
D-arabinoseD-αραβινόζη
1) Ascent
2) HNO3, H2O
CO2H
H OH
(CHOH)3
CO2H
CO2H
HO H
(CHOH)3
CO2H
+
Therefore D - arabinose must be BΈτσι η D - αραβινόζη πρέπει να είναι η Β
NB
A1) Ascent
2) HNO3, H2O
HO
CO2H
H
HHO
HHO
OHH
CO2H
H
CO2H
OH
HHO
HHO
OHH
CO2H
+
Optically INACTIVEΟπτικά ΑΝΕΝΕΡΓΟ
Optically ACTIVEΟπτικά ΕΝΕΡΓΟ
NAH0265) Homologation and Degredation Rxns of Carbohydrates Αντιδράσεις Ομολογοποίησης και υποβάθμιση Υδρογονανθράκων
b) Descent - Weerman Method Κάθοδος - Μέθοδος Weerman
HO
CHO
H
OHH
OHH
OHH
CH2OH
Optically INACTIVEΟπτικά ΑΝΕΝΕΡΓΟ
CHOH
CHO
Br2, H2OCHOH
OO
- onic acid as lactone- ονικά οξέα σαν λακτόνες
CHOH
ONH2
NH3 NaOBr
CHOH
NO
H
Br
OH_
CHN
CO
OH CHO
NCO +_
cyanate
Descent can be used to correlate StereochemistryΗ κάθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί συσχετίσει τη στερεοχημεία
Descent
CHO
OHH
OHH
OHH
CH2OH
pH 7
NaBH4
CH2OH
OHH
OHH
OHH
CH2OH
RibitolΡιβιτόλη
D - RiboseD - ΡιβόζηD - Altrose
D - Αλτρόζη
Modification of Hofmann degredationΤροποποίηση της υποβάθμιση Hofmann
NAH027ANOMERIC CENTRE: Carbon-1, hemiacetal. α and β forms called ANOMERSΑΝΟΜΕΡΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ: Άνθρακας-1, ημιακετάλες α και β δομές ονομάζονται ΑΝΩΜΕΡΗ
Carbohydrate derivatives - Παράγωγα υδρογονανθράκων
1) Rxns at Anomeric centre: GLYCOSYDATION (ie formation of Glycosides) Αντιδράσεις στα Ανωμερικά κέντρα: ΓΛΥΚΟZΥΛΙΩΣΗ (πχ σχηματισμός Γλυκοζίτες)
Pyranoses & furanoses react with alcohols in the presence of acid catalyst to give CYCLIC MIXED ACETALS known as GLYCOSIDES
Πυρανόζες και φουρανόζες αντιδρούν με αλκοόλες παρουσία καταλυτικού οξέως για να δώσει ΜΙΓΜΑ ΚΥΚΛΙΚΩΝ ΑΚΕΤΑΛΩΝ γνωστών ως ΓΛΥΚΟΖΙΤΕΣ
Structure formed depends on method: Η δομή που σχηματίζεται εξαρτάται από τη μέθοδο:
D-Glucose MeOH, HClCold
HO
OMe
H
HH OH
OH HO
H
HO +HO
H
OMe
HH OH
OH HO
H
HO
methyl α-D-glucofuranoside methyl β-D-glucofuranoside
D-Glucose MeOH, HClProlongued HeatingΠαραταιταμένη Θέρμανση
HOO
H
H
HO
H
OMeOHH H
OH
HOO
H
H
HO
H
HOHH OMe
OH
+
methyl α-D-glucopyranoside methyl β-D-glucopyranoside
Mechanism: Μηχανισμός:
O OH2+
O+ HOMe
O OMe
Cyclic oxonium ionΚυκλικό οξονιακό ιόν
(1p orbital of O stbilises cation, lowers energy)(1p τροχιακό του O σταθεροποιεί το κατιόν, χαμηλώνει την ενέργεια)
KINETIC CONTROL ΚΙΝΗΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ
THERMODYNAMIC CONTROL ΘΕΡΜΟΔΥΜΑΝΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ
Major Isomer - Κύριο Ισομερές
Major isomer has MeO group at C-1 AXIAL. Known as ANOMERIC EFFECT.Το κύριο ισομερές έχει MeO ομάδα στον C-1 ΑΞΟΝΙΚΑ. Γνωστό ως ΑΝΩΜΕΡΙΚΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ.
NAH028ANOMERIC EFFECT ΑΝΩΜΕΡΙΚΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ
O O
X
X
H
H vrs
Axial X sterically more congested but more stable ! Why ?Αξωνικό Χ στερικά πιο παρεμποδισμένο αλλά πιο σταθερό ! Γιατί ?
X = OR, SR, Halα β
O
H
O Me
....
1) lone pair - lone pair repulsion άπωση μονήρες ζεύγους - μονήρες ζεύγους
1,3-diaxial interaction1,3-διαξονική αλληλεπίδραση
O
O
H
..
MeNo repulsionΌχι άπωση
2) Molecular Orbital Appoach Προσέγγιση Μοριακών Τροχιακών
α (axial) anomer is stabilised by overlap of the axial lone pair of the ring O with the σ* orbitals of the exocyclic C-X bond (X =OR, SR, Hal). These σ* orbitals are lower in energy than σ* of C-H.
α (αξονικό) ανωμερές σταθεροποιήται από αλληλεπικάλυψη του αξονικού ζεύγους του Ο του δακτυλίου με τα σ* τροχιακά των εξοκυκλικών C-X δεσμών (X = OR, SR, Hal). Αυτά τα σ* τροχιακά έχουν χαμηλότερη ενέργεια από τα σ* των C-H.
Axial X - Αξωνικό Χ
p
C-X σ*
p
C-Η σ*
ΔE too big for effective overlapΔΕ πολύ μεγάλο για αποτελεσματική αλληλεπίδραση
Axial H - Αξωνικό Η
Glycoside Rxns Αντιδράσεις Γλυκοζιτών
Base stable but hydrolysed in aqueous acid - Σταθερά σε βάση αλλά υδρολϋονται σε υδατικά οξέα
O O O
OH Me
OH
+
OH2+
.._ H+
oxoniumοξόνιο
α & β anomers formedσχηματίστηκαν α & β ανωμερή
NAH029ESTERIFICATION ΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗOpen chain form requires aldehyde protectionΟ σχηματισμός ανοικτής αλυσίδας απαιτεί προστασία αλδεϋδης
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
D - Glucose - Γλυκόζη
EtSHH+
H
CH(SEt)2
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
1
Ac2OPy
H
CH(SEt)2
OAc
HAcO
OAcH
OAcH
CH2OAc
1
HgCl2H2O
H
CHO
OAc
HAcO
OAcH
OAcH
CH2OAc
Pyranose acetates - Οξικοί εστέρες της πυρανόζης
D - GlucoseAc2O
Py or ZnCl2AcO
OAcO
OAc
OAc
OAc
Py mix of α & βZnCl2 α only
Μίγμα πυριδίνης α & βZnCl2 α μόνο
Glycosyl Halides: Acetate at anomeric position is labile - can be displacedΑλογονωμένοι γλυκοζίτες: Οξικοί εστέρες σε ανωμερικές θέσεις είναι ασταθείς - μπορούν να αντικατασταθούν
AcOO
AcOOAc
OAc
OAc
HBr, HOAcAcO
OAcO
AcO
OAc
Br
Axial (Thermodynamic)Αξονικό (Θερμοδυναμικό)
α
2,3,4,6 Tetra-O-acetyl-D-glucopyranosyl bromide
Glycosyl halides important intermediates for GLYCOSIDATIONΟι αλογονωμένοι γλυκοζίτες είνια σημαντικά ενδιάμεσα ΓΛΥΚΟΖΥΛΙΩΣΗΣ
Halide better leaving group, Ag+, acts as catalyst in ROHΤο αλογόνο είναι καλύτερη αποχωρούσα ομάδα, Ag+, δρα σαν καταλύτης σε ROH
ROH, Ag+AcO
OAcO
AcO
OAc
Br
β - glycoside
(Ag2CO3)AcO
OAcO
AcO
OAc
OR
Why β ?Γιατί β ?
NAH030
AcOO
AcOAcO
OAc
Br
..
Ag+
AcOO
AcOAcO
OAc+
oxonium ionιόν οξονίου
NGP from acetate at C-2 shields α- face NGP από τον οξικό εστέρα στον C-2 προστατεύει την α- φάση
AcOO
AcO
OAc+
O O
Me
AcOO
AcO
OAc
+O O
Me
acetoxonium ion shields α-face Hence β-attack
Ιόν ακετοξονίου προστατεύει την α-φάση
Additionally departing Br shields α-face and β-glycoside favoured
Επιπρόσθετη αποχώρηση Br προστατεύει την α-φάση και η β-γλυκοζιδάση ευνοείται.
With D-Mannose derivative the two efefcts are opposing and a mixture is obtained:Με το παράγωγο D-Μαννόζης, οι δύο επιδράσεις αντιτίθενται και λαμβάνεται ένα μίγμα:
AcOO
AcO
OAcO O
Me
Br
Br shields α face Br προστατεύει την α φάσηAcO shields β face AcO προστατεύει την β φάση
GLYCAL FORMATION ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΓΛΥΚΑΛΗΣ
AcOO
AcO
OAc
Br
ZnAcOH
AcO
H
+
AcOO
AcO
OAc
12
1p feed into π system1p ταιριάζει στο π σύστημα
3,4,6 Tri-O-acetyl-D-glycal
Glycals are: Οι Γλυκάλες είναι:
1) Enol ethers (ie electron rich double bonds) - Ενολικοί εθέρες (πχ ηλεκτρονιακά πλούσιοι διπλοί δεσμοί)
OR
OR
+_
2) Stable to base Σταθεροί σε βάση
MeONaMeOH
HOO
HO
OH
AcOO
AcO
OAc
NAH031
HOO
HO
OH
3)Rapidly add H2O or ROH to give 2-deoxy sugars Γρήγορη προσθήκη H2O ή ROH δίνει 2-δεοξυ σάκχαρα
H+
(H+) ROHHO
OHO
OH+
ROH
HOO
HO
OH
OR
2 Deoxy (ie no O at C-2)2 Δέοξυ (Δεν υπάρχει O στη C-2)
4) Reaction with peracids Αντίδραση με υπεροξέα
HOO
HO
OH
MCPBA
allylic OH anchiomeric NGPαλλυλικό OH αγχιμερές NGP
HOO
HO
OHO
H+
H3O+
HOO
HO
OHOH
OH
D-Mannose(axial OH at C-2)
D-Μαννόζη(αξονικό OH στη C-2)
Conversion of cheap Glucose into D-MannoseΜετατροπή φτηνής Γλυκόζης σε D-Μαννόζη
NAH032Carbohydrate Ether Derivatives as protecting groups - Protection of OHΥδρογονανθρακικά παράγωγα αιθέρα ως προστατευτικές ομάδες - Προστασία του OH
TypeΕίδος
MethodΜέθοδος
Stability & RegenerationΣταθερότητα & Αναγέννηση
ROMe NaH, MeI Difficult to cleave - Δύσκολη η απόσπαση
ROCH2Ph NaH, PhCH2Br Cleaved with(Απόσπαση με) H2, Pd/C ή Na, liq. NH3
ROSiR'3 R3SiCl, Πυριδίνη
(R'3Si)2NH
Volatile (Πτητικό), useful for glcCleaved (Διάσπαση) with aq. H+ or KF, H2O
ROCPh3 Ph3CCl, Πυριδίνη Bulky (Ογκώδες), Selective (Εκλεκτικό) for 1o OH (RCH2OH) Cleaved by mild H+ or silica (Διάσπαση με ήπιες H+ συνθήκες ή silica)
(Trityl)
ROCH2CH=CH2(Allyl)
NaH, BrCH2CH=CH2 Stable to H+, but isomerised by KOtBu or (Ph3P)3RhCl to enol ethers ROCH=CHCH3 which are acid labile
Σταθερό σε H+ συνθήκες, αλλά ισομερίζεται με επίδραση KOtBu ή (Ph3P)3RhCl σε ενολικούς αιθέρες ROCH=CHCH3 οι οποίοι είναι ασταθής σε οξέα
Acetal & Ketal Formation - Protection of C=OΣχηματισμός Ακετάλης & Κετάλης - Προστασία του C=O1,2- and 1,3- diols react with ketones or aldehydes to form cyclic KETALS or ACETALS. Useful to protect 2o OH groups in a sugars.
Οι 1,2- και 1,3- διόλες αντιδρούν με κετόνες ή αλδεύδες προς σχηματισμό κυκλικών ΚΕΤΑΛΩΝ ή ΑΚΕΤΑΛΩΝ. Χρήσιμο για προστασία 2o OH ομάδων σε σάκχαρα.
5 - membered rings form Ketals - 5 - μελής δακτύλιοι σχηματίζουν Κετάλες 6 - membered rings form Acetals - 6 - μελής δακτύλιοι σχηματίζούν Ακετάλες
Πχ.
HO
OH
OH +O
O O
HOH+ Catalyst
HO
OH
OH +Ph H
O ZnCl2 CatalystO
O
H
PhHO
Ketal
Acetal
Thermodynamic control ! Lowest energy product formedΘερμοδυναμικός έλεγχος ! Σχηματίζεται το προιόν χαμηλότερης ενέργειας
NAH033
OO
Me
MeHO
Κετάλη
Thermodynamic control ! Lowest energy product formedΘερμοδυναμικός έλεγχος ! Σχηματίζεται το προιόν χαμηλότερης ενέργειας
If Acetone were to give 6-membered ring KETAL = Me groups cause severe 1,3-diaxial interactions
Αν η ακετόνη ήταν να σχηματίσει 6-μελή δακτύλιο ΚΕΤΑΛΗΣ τότε οι ομάδες Me θα προκαλούσαν σημαντικές 1,3-διαξονικές αλληλεπιδράσεις
HH
Explains 5-membered ketal formation
Έτσι εξηγείται ο σχηματισμός της 5-μελούς κετάλης.
With D-Glucose
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
AcetoneZnCl2 ή H+, 24 h O
O
OHOO O C-3 OH free for
chemistryOH στη C-3 ελεύθερο για χημεία
1,2,5,6-Di-O-Isopropylidene-α-D-glucofuranose
NaH, MeI
OO
OMeOO OH3O+
OOH
OHHO
MeOHO
Selective Hydrolysis PossibleΠιθανότητα για εκλεκτική υδρόλυση
OO
OHOO O H2O, CH3CO2H
diluteO
O
OHOHO
HO
3 x NaH, 3 x MeI
OO
OMeOMeO
MeOH3O+
OH
OMeOMeO
MeO OH
No OH at C-5 can't cyclise to pyranoseΚανένα OH στη C-5 δεν μπορεί να κυκλοποιηθεί σε πυρανόζη
NAH034Benzaldehyde AdductsΠροιόντα Προσθήκης Βενζαλδεύδης
H3O+
OOH
HOHOHO
Aldehydes prefer 6-membered ring acetalsΑλδεύδες προτιμούν 6-μελής δακτύλιους ακετάλης
OMe
PhCHO (1 ισοδυν.)
ZnCl2O
OPh O
HOHO
OMe
Rigid trans decalinstructure
Δύσκαμπτη trans δεκαμελής δομή
Chemistry can now be done at OH at C-2 and C-3Η χημεία μπορεί τώρα να πραγματοποιηθεί στα OH στη C-2 και C-3
OOPh O
HOHO
OMe
Selective ReactionsΕκλεκτικές Αντιδράσεις
2 x NaH2 x PhCH2Br
OOPh O
OO
OMePh
Ph
HO
HOO
OO
OHPh
Ph
2,3-dibenzyl-D-glucopyranose
Important in Hanessian ReactionΣημαντικό στη αντίδραση Hanessian
OOPh O
MeOMeO
OMe
NBSCCl4
O O
MeOMeO
OMe
O
PhBr
Free Radical MechanismΜηχανισμός ελευθέρων ριζών
NAH035Important in Hanessian ReactionΣημαντικό στην αντίδραση Hanessian
OOPh O
MeOMeO
OMe
NBSCCl4
O O
MeOMeO
OMe
O
PhBr
Free Radical MechanismΜηχανισμός ελευθέρων ριζών
OOPh
HBr .
OOPh
Br
.
N
O
O
OOPh
Br
OOPh +
Br_
OBr
Ph
O
Carbohydrate para-Toluenesulphonate Esters
ROHTsCl, Py
ROTs
Steric Constraints: 1o react faster than 2o
Στερικοί Περιορισμοί: Οι 1o αντιδρούν γρηγορότερα από τις 2o
HO O
HOHO
OMe
OHTsCl (1 equiv.), py
Selective !
HO O
HOHO
OMe
OTs
Tosylates are: 1 ) Acid Stable ( Σταθεροί σε οξέα ) 2 ) Regenerated by strong base (Αναγενούνται με επίδραση δυνατών βάσεων ) 3 ) Displaced by Nucleophiles (SN2) [Αντικαθιστούνται με πυρηνόφιλα (SN2)]
NAH036
HO O
HOHO
OMe
OTsNu = N3 HO O
HOHO
OMe
Nu
Sometimes, however, Nu displacement rxns in carbohydrates can be difficult or impossible since dipoles of neighbouring C-O bonds in this polar environment oppose the approach of the nucleophile.
Μερικές φορές, αντιδράσεις πυρηνόφιλης αντικατάστασης σε υδρογονάνθρακες μπορεί να είναι δύσκολες ή αδύνατο να πραγματοποιηθούν αφού η παρουσία διπόλων των γειτονικών C-O δεσμών σε αυτό το πολικό περιβάλλον δεν ευνοούν την προσέγγιση του πυρηνόφιλου.
_
or H from LiAlH4
MeO OTsO
OMe
OTsMeO OHO
OMe
HLiAlH4, Et2O
SOR O
O
H_
_
Πχ 1
Problems in Nucleophilic DisplacementsΠροβλήματα σε Πυρηνόφιλη Αντικατάσταση
Nu
Πχ 2
O
OO
OTsOO _
H, I, N3 etc_ __
NO RXNΔΕΝ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ
Solution: Free radical chain rxns. Radicals are neutral, hence less solvation, hence operate in polar and hindered environments.
Λύση: Αλυσιδωτές αντιδράσεις ελευθέρων ριζών. Οι ρίζες είναι ουδέτερες, άρα υπάρχει λιγότερη επιδιαλύτωση, συνεπώς μπορούν να λειτουργήσουν σε πολικά και στερικά παρεμποδισμένα περιβάλλοντα.
Πχ Barton-McCombie Deoxygenation (ROH RH)
O
OO
OHOO i) NaH, CS2, MeI
ii) nBuSnH
O
OO
OO
NAH037Barton-McCombie Deoxygenation (ROH RH)
O
OO
OHOO i) NaH, CS2, MeI
ii) nBuSnH
O
OO
OO
Mechanism (Μηχανισμός)
Step 1: IONIC Βήμα 1: ΙΟΝΤΙΚΟ
ROHNaH
RO_
Na+
S
C
S
RO
S
S_ Me I
RO
S
SMeXanthate EsterΞανθικός Εστέρας
Step 2: Free Radical Chain Reaction (Propagation Sequence)Βήμα 2: Αλυσιδωτή Αντίδραση Ελευθέρων Ριζών (Σειρά Διάδοσης)
RO
S
SMe
SnBu3.
R +
O
S
SMe
SnBu3.
a)
b)
R . H SnBu3RH + Bu3Sn .
Chain Carrier
NAH038Cyclic Ethers (anhydro sugars) including epoxidesΚυκλικοί Αιθέρες (άνυδρα σάκχαρα) που περιλαμβάνουν εποξείδια
O
OO
OTsOO
Preparation (cf Halohydrin Method)Προετοιμασία (cf Μέθοδος Halohydrin)
Πχ
H3O+ OOH
HO
HOTsO OH
MeOH, H+
OOH
HO
HOTsO
OMe
NaH
Ring FlipΠεριστροφή δακτυλίου
O
OH
123 OMe
OTs
HO
O_
Trans Coplanar GeometryTrans Συνεπίπεδη Γεωμετρία
1
23
Alkoxide at C-4
O
OH
OMe
HO
1
23
O
4
4
Alkoxide at C-2
4O OMe
HO
1
234
OH OMixture of 2 EpoxidesΜίγμα των 2 εποξειδίων
Πχ
OOO
OMe
PhO
Nu_
H, N3, PhS, I etc_ _ _ _
OOO
OMe
Ph
Nu
OH
Typical Trans Diaxial Ring opening rxns of epoxidesΤυπικη Trans Διαξονική Αντίδραση Διάνοιξης Δακτυλίου Εποξειδίων
Keto Sugars: DMSO based reagents best for hydroxyl oxidationΚετο Σάκχαρα: αντιδραστήρια βασισμένα στο DMSO είναι τα καταλληλότερα για οξείδωση υδροξυλίου
πχ DMSO, Ac2ODMSO, P4O10
DMSO, (COCl)2, Et3N (Swern)
O
OO
OTsOO DMSO, Ac2O
O
OO
OO
O
Keto sugar
NAH039Keto Sugars Nucleophilic attack from least hindered side (above)Κετο Σάκχαρα Πυρηνόφιλη προσβολή από τη λιγότερο στερικά παρεμποδισμένη πλευρά (πάνω)
O
OO
OO
O
Keto sugar
LiAlH4O
OO
OO
OH
H
MeMgBr
O
OO
OO
OH
MeNH2OH
O
OO
OO
HON
LiAlH4O
OO
OO
NH2
H
Nucleophilic attack from least hindered side (above)Πυρηνόφιλη προσβολή από τη λιγότερο στερικά παρεμποδισμένη πλευρά (πάνω)
Unsaturated Sugars: Prepared from vicinal diolsΑκόρεστα Σάκχαρα: Προετοιμασία από δι-διόλες (vicinal diols)
Method 1: via ditosylates (Μέθοδος 1: μέσω ditosylates)
OOO
OMe
Ph
TsOTsO
NaI, Zn OOO
OMe
Ph OTs
IZn
Method 2: Corey-Winter Rxn (Μέθοδος 2: Αντίδραση Corey-Winter)
HO
OO
OHO OMe i) (Ιμιδαζολ)2C=S
ii) P(OEt)3, 150 oCO
O
OOMe
NAH040
Amino Sugars: (Important antibiotics) - Αμινο Σάκχαρα: (Σημαντικά αντιβιοτικά)
Synthesis (Σύνθεση)
1) ROTs N3_
RN3LiAlH4 RNH2
2) Epoxide opening (Διάνοιξη Εποξειδίου)
O
N3
OH LiAlH4
H2N
OH
N3_
3) Oxime Reduction (Αναγωγή Οξειμίου)
R
RN
OH
LiAlH4
R
R H
NH2
SN2
HO
OO
OHO OMe
OO
OOMe CO2
_
N N
S
N N
OO
OOMe
O
OS
(EtO)3P
OO
OOMe
O
O:
carbene
Method 2: Corey-Winter Rxn (Μέθοδος 2: Αντίδραση Corey-Winter)