（应用化学专业论文）L阿拉伯糖的制备及一步催化异构化合成L核糖.pdf

中文摘要 以阿拉伯树胶为原料，通过结晶法制得粗l 阿拉伯糖，经重结晶法提纯得到 纯度较高的l 阿拉伯糖。详细讨论了制备粗l 阿拉伯糖的影响因素和重结晶法提 纯l 邛可拉伯糖的条件。阿拉伯树胶酸解制备粗l 邛可拉伯糖的最佳反应条件为阿拉 伯树胶在1 5 的h 2 s 0 4 为催化剂作用下，反应温度为9 0 。c ，酸解时间为4 h ，用 氢氧化钡中和，浓缩后用甲醇溶解。经过滤浓缩结晶，得到粗l 阿拉伯糖的收率 为2 1 o ，纯度为8 7 2 。重结晶法提纯l 阿拉伯糖的最佳条件为糖液质量浓度 1 5 0 ，溶液的p h = 6 , - , 7 ，乙醇浓度 9 0 ，结晶时间为4 h ，加入晶种的量2 0 ， 得到的l 邛可拉伯糖产率最高为1 5 6 ( 理论收率为3 1 0 ) ，纯度为9 7 5 。所 得到的结晶产物经洗涤，烘干后所得的l 阿拉伯糖外观色泽好。样品熔点为 1 5 3 9 1 5 6 3 ，旋光度为口i 。2 0 1 0 2 1 0 ( c = 2 8 ，水) 。 研究了l 阿拉伯糖为原料，在钼催化剂的作用下发生异构化反应，经合成l 核糖糖胺提纯分离l 核糖的工艺。l - n 拉伯糖在催化剂作用下一步立体异构化反 应转化为l 核糖的条件是5 9 的l 阿拉伯糖，0 5 9 的m 0 0 3 和o 0 5 9 的4 一吡啶丙醇为 复合催化剂，反应温度为1 0 0 ，反应时间为3 h 。合成l - 核糖糖胺的条件：1 0 0 9 的碱性吸附树脂和o 5 0 9 活性炭粉末脱色和除杂，向过滤后浓缩的糖浆中加入 1 0 m l 的甲醇回收1 5 9 9 的l - 阿拉伯糖，浓缩的糖浆加入乙醇和苯胺，结晶得到 l 核糖糖胺0 6 6 9 ，收率为4 0 。l 核糖糖胺中加入3 7 甲醛处理后，在乙醇中 得到的结晶产物经洗涤，烘干后得l 核糖0 3 8 9 ，收率为1 3 2 ，熔点为8 2 - 8 4 。l 核糖的结构由红外光谱图和h n m r 图确定。 关键词：阿拉伯树胶，l 邛可拉伯糖，结晶，l 核糖糖胺，l - 核糖 a b s t r a c t c r u d el a r a b i n o s ew a sp r e p a r e db yc r y s t a l l i z a t i o nu s i n ga r a b i cg u ma sr a w m a t e r i a la n dh i g h e rp u r i t yo fl a r a b i n o s ew a sg a i n e db yr e c r y s t a l l i z a t i o n t h e i n f l u e n c i n gf a c t o r sw e r es t u d i e di nd e t a i l i nt h ep r e p a r a t i o no fc r u d el a r a b i n o s ea n d t h ec o n d i t i o n so fp u r i f i c a t i o no fl a r a b i n o s eb yr e c r y s t a l l i z a t i o nw e r ed i s c u s s e d t h e o p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n sf o rt h ep r e p a r a t i o no fc r u d el - a r a b i n o s eb yh y d r o l y s i so f a r a b i cg u mw e r e1 5 h 2 s 0 4a sc a t a l y s t ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e9 0 c ，h y d r o l y s i st i m e 4 h ，b a r i u mh y d r o x i d ef o rn e u t r a l i z a t i o n ，m e t h a n o la ss o l v e n ta f t e rc o n c e n t r a t i o n a f t e r f i l t e ra n dc o n c e n t r a t i o nt h es o l u t i o nc r y s t a l l i z e dt og i v ec r u d el a r a b i n o s ew i t hy i e l d o f21 0 a n dp u r i t yo f8 7 2 t h eo p t i m a lr e c r y s t a l l i z a t i o nc o n d i t i o n so fe x a c tb y r e c r y s t a l l i z a t i o nw e r em a s sc o n c e n t r a t i o no fs o l u t i o n5 0 a b o v e ，p hv a l u e6 - - 7 ， c o n c e n t r a t i o no fe t h a n o l9 0 a b o v e ，c r y s t a l l i z a t i o nt i m e4 h ，m a s sc o n c e n t r a t i o no f c r y s t a ls e e d2 0 a b o v e ，a n dt h eh i g h e s ty i e l da n dp u r i t yo fl - a r a b i n o s ew a s15 6 ( t h e o r e t i c a ly i e l dw a s31 0 、a n d9 7 5 r e s p e c t i v e l y t h ep r o d u c t sw a s h e da n dd r i e d o u tt og i v el - a r a b i n o s ew i t hg o o da p p e a r a n c e ，m e l t i n gp o i n to f1 5 3 9 - 1 5 6 3 a n d o p t i c a lr o t a t i o no f 【口】；- 1 0 2 1 。( c = 2 8 ，w a t e r ) t h et e c h n o l o g yo fi s o m e r i z a t i o no fl a r a b i n o s ew i t hm o c a t a l y s ta n ds e p a r a t i o n o fl - r i b o s eb ys y n t h e s i so fl - r i b o s ea n i l i d ew a ss t u d i e d l r i b o s ew a sp r e p a r e db y o n e s t e pi s o m e r i z a t i o no fl - a r a b i n o s ew i t hm oc a t a l y s t t h ec o n d i t i o no fo n e s t e p c a t a l y t i ci s o m e r i z a t i o no fl r i b o s ef r o ml a r a b i n o s ew e r eas o l u t i o no fl a r a b i n o s e ( 5 9 ) ，m 0 0 3 ( o 5 曲a n d4 - p y r i d i n e p r o p a n o l ( o 0 5 9 ) ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e1 0 0 * c ， r e a c t i o nt i m e3 h t h es y n t h e t i cc o n d i t i o n so fl r i b o s ea n i l i d ew e r ea l k a l i n ea d s o r b e n t r e s i n s ( 10 o g ) a n da c t i v a t e dc a r b o n ( o 5 0 9 ) u s e df o rd e c o l o r i z a t i o na n di m p u r i t y r e m o v a l ，s e b s e q u e n tt r e a t m e n to ff i l t e ra n dc o n c e n t r a t i o ng a v eas y r u p t h es y r u pt h u s o b t a i n e dw a sd i s s o l v e di nm e t h a n o l ( 1 ，0 m e ) a n dk e p ti nar e f r i g e r a t o r t h er e s u l t i n g c r y s t a l l i n el a r a b i n o s e ( 1 5 9 9 ) w a sf i l t e r e do f fa n dt h ef i l t r a t ew a sc o n c e n t r a t e di n v a c u o t h er e s u l t i n gs y r u pw a st r e a t e dw i t ha n i l i d ei ne t h a n o la n dk e p ti na r e f r i g e r a t o rt og i v el r i b o s ea n i l i d e ( o 6 6 9 ) ，a n dt h ey i e l dw a s4 0 t h el r i b o s e a n i l i d ew a st r e a t e dw i t hf o r m a l d e h y d e ，t h e nc r y s t a l l i z e df r o me h a n o lt og i v el - r i b o s e ( 0 3 8 9 ) ，a n dt h ey i e l dw a s1 3 2 ，m p8 2 - 8 4 。c t h es t r u c t u r eo fl - r i b o s e ew a s i d e n t i f i e db yi rs p e c t r u ma n d 1h n m r s p e c t r u m k e yw o r d s ：a r a b i cg u m ，l a r a b i n o s e ，c r y s t a l l i z a t i o n ，l r i b o s ea n i l i d e ， l r i b o s e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特另j j j a 以标注和致谢之处外，论文中不包含其他入已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅蠢堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：主f ，狮签字日期：印年，月，扩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权蠢鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 至降中 导师签名： 二s 互奄 签字日期：研年f 月f g 日签字日期：2 7 年月旧日 第一章前言 第一章前言 l 核糖作为原料广泛应用于食品、化妆品及药物等行业，具有很高的应用价 值。近几年来，随着基因工程研究的逐步深入，人们发现l 核糖糖苷类化合物具 有显著的生理活性，在抗肿瘤、抗艾滋病药物研究中显示了极大的优越性，比 d 一核糖核苷类化合物的毒性低。l 核糖核苷活性成分的药物在癌症、乙肝、过敏 等疾病的治疗方面有极大的应用潜力【卜3 1 。因此，l 核糖核苷类化合物的需求量 日益增加，尤其是其重要中间体l 核糖更受到人们的青睐。 l 核糖是重要的医药中间体，主要用于合成抗艾滋病、抗病毒、抗癌药物。 九十年代，国外已经有人开展将l 核糖作为原料合成某种抗病毒药物苯并 咪唑核苷化合物的研究工作。 由于l 核糖作为抗艾滋病、抗病毒药物的中间体显示了强大的潜能，l 核糖 的应用面不断扩大，全球l 核糖的需求量逐年增加，人们对l 核糖的制备方法的 兴趣日益浓厚，该方面的开发与研究十分活跃l 】，由于l 核糖制备工艺条件苛 刻、技术难度大，l 核糖始终没有得到工业化生产，目前仅有少量的试剂品。美、 德、日等国家在l 核糖的制备以及用l 。核糖合成抗肿瘤、抗病毒药物上进行了卓 有成效的工作 78 】，而我国在这方面的研究刚刚起步。 本论文的研究目的是从天然化合物阿拉伯树胶中提取较高纯度的l 阿拉伯 糖，l 邛可拉伯糖再在催化剂作用下进行一步立体异构化反应转化为l 一核糖，为l 核糖的合成找到一种适合工业化生产的方法，具有重要的理论意义和经济效益。 第二章文献综述 第二章文献综述 核糖是一种与生物遗传有关的重要的糖类，在生理上具有十分重要的作用， 是各种核糖核酸( r n a ) 及各种核苷酸辅酶的组成糖。d 核糖及其衍生物以呋 喃型广泛存在于天然化合物中，而d 核糖的手性对映异构体l 核糖在自然界和生 物体内并不存在【9 1 ，是极为昂贵的稀有糖类。近年来，由于稀有糖类可作为具有 低的卡路里甜昧佐料，也可应用于临床，这不仅吸引了消费和食物工业的注意， 也吸引了营养学家和临床医师的注意i l m j 。 2 1l 一核糖 2 1 1l 核糖简介 l 核糖纯品为白色晶体或白色结晶性粉末，分子量1 5 0 1 4 ，易溶于水，溶于 乙醇、甲醇，不溶于乙醚、苯、丙酮，有甜味，很易潮解，生化试剂含量9 9 ( h p l c ) ，熔点8 4 - 8 6 * ( 2 ； q 】5 4 6 2 0 - - + 2 4 士1 。 q 】d 2 0 = + 2 0 士l0 0 2 1 0 其结构式 如图2 1 所示。 2 1 。2l 核糖的用途 h 图2 - 1l 核糖结构式 f i g 2 1t h es t r u c t u r eo fl r i b o s e 在医学上，国外有人通过用l 核糖替代d 核糖，导入生物体内，在细胞内 合成l 核糖核酸。异常细胞繁殖能力旺盛，且识别能力较差，使得所繁殖的细 胞遗传信息的转录发生错误从而起到抗病毒和抗癌的作用，而正常细胞繁殖能力 第二章文献综述 较弱，并且有良好的识别与纠错等自我保护机能，这样l 核糖对正常细胞毒性 很小。因而，l 核糖具有良好的抗肿瘤抗病毒能力且对正常细胞的毒副作用很小。 2 1 3l 一核糖的制备 到目前为止，已报导的合成方法有立体选择性化学合成法、多步化学合成法、 催化立体异构化法及生物合成法等，已报导的一些l 核糖的合成方法，主要有 以下几种： 2 1 3 1 立体选择性合成法 在糖类化合物的化学合成法中，立体选择性合成法虽然较少，但却引起了人 们的兴趣，在糖醛类化合物的增碳反应 1 3 , 1 4 1 1 ：p ，小分子糖醛类化合物以2 三甲基 硅噻唑的单插入反应具有较好的立体选择性，可以用于旋光性糖类化合物的合 成。 y a m a g a e h i e ”】等人以烯丙基有机镉化合物对保护的l 甘油醛进行了立体选择 性的增碳反应，合成了l 核糖。烯丙基镉化合物对于2 ，3 氧异丙叉基l 甘油醛 的立体选择性反应具有关键的作用，而有机锂、有机锌、有机镁的类似的化合物 的立体选择性效果则较差，合成路线如图2 - 2 。 ：z 科】正勇 imdc吲midazole歹，、l 一日秘 h o 图2 - 2以2 丙烯基氧苯并咪唑为原料合成l 一核糖 f i g 2 - 2s y n t h e s i so fl r i b o s ef r o m2 - a l l y l - o i m i d a z o l e 该合成方法具有较好的立体选择性，可避免繁杂的分离过程，是一种以保护 的l 甘油醛的增碳反应合成l 核糖的新方法，还可以用于合成d 核糖及其它糖 第二章文献综述 类衍生物。 2 1 3 2 多步化学合成法 该类化学合成法，一般以戊醛糖类旋光性异构体为起始物，利用多步基团转 化的途径改变化合物的立体构型，张卫红等【l6 】己对这些合成方法进行了综述。但 原有的合成方法大都存在总收率低，原料昂贵、合成步骤繁琐、条件苛刻等缺点， 难以实现大规模生产。近几年，人们又对l 核糖的化学合成进行了深入的探讨， 分别以l 阿拉伯糖、d 甘露糖1 ，4 一内酯、d 半乳糖为原料合成l 核糖，在合成步 骤及产率方面均有较大改善。 ( 1 ) 以l 邛可拉伯糖为原料 l 邛可拉伯糖( 1 ) 与l 核糖( 4 ) 是2 位差向异构体，使l 邛可拉伯糖的c 2 构型 发生翻转即可得到l 核糖。m a s a o i 。7 】等利用s w c r n 氧化及立体选择性还原可使l 阿拉伯糖的c 2 构型发生翻转，以四步、总收率7 6 3 合成了l 核糖。其合成路线 如图2 3 所示。 h 。f 0 嗡0 s w e r n o x i d a t i o n 1 0 h 海嚣蜀 h + o ho h 3 h l d o w e x5 0 w ( h + f o r m ) h 。h o ho h 8 0 a c o h 龄 i 图2 3以l 阿拉伯糖为原料合成l _ 核糖 f i g 2 - 3s y n t h e s i so f l r i b o s ef r o ml a r a b i n o s c 该合成路线中，由l 阿拉伯糖得1 0 甲基3 ，4 0 异亚丙基d l 邛可拉伯糖1 8 】 ( 2 ) ，经s w e m 氧化，将2 - o h 氧化为酮羰基，然后经n a b h 4 还原得到保护的l 核糖与l 阿拉伯糖比例为4 ：1 ，无需分离直接用8 0 a c o h 液脱掉异亚丙基保护 基，硅胶柱色谱分离以6 4 7 收率得到纯的1 o 甲基p l 吡喃核糖( 3 ) ，而非 4 第_ 章文献综述 目的物1 - o 甲基b l 吡喃阿拉伯糖又可作为原料重复使用，最终可使4 的总收 率达到7 6 3 。3 经d o w e x 阳离子交换树脂无需繁琐的纯化步骤几乎定量得到l 核糖。在产率方面比原来的l 木糖、d 核糖为原料合成l 核糖有较大提高，且合 成只需四步，只用到一次柱色谱分离，减少了复杂的分离纯化过程，是一条很实 用的合成路线，并可用于镜像核苷的合成。 ( 2 ) 以d - 甘露糖1 ，4 内酯为原料合成l 核糖 ( a ) 分子内y 羟基烷基草氨酸酯环化 自从在m i t s u n o b u 条件下【1 9 】基于分子内阻羟基烷基草氨酸酯的n 烷基化合成 仿生p 内酰胺【2 0 2 1 1 以来，分子内环化得到了大量的研究【2 2 ，2 3 1 。t a k a h a s h i 等2 4 】发现 6 羟基烷基草氨酸酯环化主要得到o 烷基化产物，而非n 烷基化产物。因此，他 们利用d 甘露糖1 ，4 内酯的分子内丫羟基烷基草氨酸酯环化，在m i t s u n o b u 条件下 得到o 烷基化产物1 2 弱，实现c 。构型翻转来合成l 吡喃核糖。其合成路线如图2 - 4 所示。 您蛤。一气盈。一b n o n h 2 , a i m e 3 嘟n 5 m i t s u n o b uc o n d i t i o n s - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - o t h f ，r t ，9 4 ( 1 ) t f a 厂r 吓 o h - - _ 卜 ( 2 ) n a l 0 4 c h 2 c 1 2 8 7 ( 2s t e p s ) 6 b n p - t s o h - h 2 - 0 n a c e t o n e 8 9 万 7 d l b a l 0 + c h 2 c 1 2 , r t ，9 6 图2 4 以d 一甘露糖1 争内酯为原料合成l 核糖 f i g 2 - 4s y n t h e s i so fl r i b o s ef r o md - m a n n o n o - 1 ，4 - 1 a t o n e 该合成路线由d 甘露糖1 ，4 内酯( 5 ) 得2 ，3 ，5 ，6 二异亚丙基- d 一甘露糖1 ，4 - 内酯( 6 ) 2 6 j 开始，经八步有效合成l 核糖，且所有反应均在室温下进行，反应 条件温和。6 用b n o n h 2 处理得到相应的7 羟基烷基草氨酸酯( 7 ) ，a i m e 3 对该步 反应有促进作用。然后在m i t s u n o b u 条件下进行7 的环化反应，以9 4 的产率得 到o 烷基化产物，且没有发现n 烷基化产物出现。该步反应的o 烷基化与n 一烷 第二章文献综述 基化不受c 2 与c 3 保护基的影响，且在t h f 、c h 2 c 1 2 、d m s o 、甲苯等溶剂中均能 顺利进行，可能是甘露糖c 2 的轴向产物在在m i t s u n o b u 条件下的o 烷基化更为有 利。这一步骤是该合成路线的关键步骤。肟( 8 ) 在丙酮中经p t s o h h 2 0 作用得 ：至f j c 4 构型翻转的l 古洛糖1 ，牟内酯( 9 ) ，9 的酯羰基用过量的二异丁基氢化铝 ( d i b a l ) 还原为羟基，在n a l 0 4 作用下c 5 c 6 键断裂，得到醛( 1 0 ) ，脱掉保 护基后在p t 0 2 催化下通入h 2 还原得到l 一核糖，总收率为5 1 。 该合成路线巧妙地运用丫羟基烷基草氨酸酯的o 烷基化产物作用，在 m i t s u n o b u 条件下实现c 4 构型转化，每步产率都较高，但历经八步，给分离纯化 带来了很多麻烦，且产生了毒害大的磷氧化物等副产物。 ( b ) 一锅转化 为克服上述缺点，s e o 等鲫通过哌啶打开d 甘露糖1 ，4 内酯，再经甲磺酰化 作用的s n 2 型o 烷基化逐步实现c 4 构型的翻转，这些过程可以一锅完成。c 4 构型 翻转后生成的l 古洛糖1 4 一内酯( 9 ) ，其后处理与t a k a h a s h i 等【2 别的方法类似， 以5 4 的总收率合成出了l 核糖。其合成路线如图2 5 所示。 ( i ) d i b a l - h t o l u e n c ( 2 ) p h c o c i p y r i d i n e o b zt ) h sr o d e t o a c ( 2 ) n a b h d l v l c o h 9 l 蒸 h 。芷梦。e z( 2 ) l m o l lh c i d i o x a n c8 0 0 图2 ，5以d 甘露糖一l ，4 内酯的锅转化合成l 一核糖 f i g 2 5s y n t h e s i so fl - r i b o s ef r o md t r i a n n o f l o l 4 一l a t o n ei no n ep o t 6 第二章文献综述 ( 3 ) 以d 一半乳糖为原料 d 半乳糖( 1 1 ) 与l 核糖的c 3 与c 4 构型相同，s h i 等【6 2 8 】利用这种构型上的相 似性，化学选择性地氧化解离d 一半乳糖的c 5 c 6 键，然后使c 2 的构型发生翻转， 从而有效地合成了l 核糖。其合成路线如图2 - 6 。 d - g a l a c t o s e l l n a b h 4 m c o h ：昂 o 9 7 m o o 1 3 n a o m e ，m e o h - - - - 8 6 d o w e x m + 】h o - - - - - - - - - - h 2 0 ，9 5 竺：! ! ：呈! ：翌，m e o 9 8 n a l o a h s l 0 6 - - - - - - - e t o a c 9 4 1 4 o o n lo h c l m e o h - - - - - - - - - - 9 8 o b n 竺竺：垒! 旦坚- a c o h 2 s 0 4 ，8 9 o b n 1 5 o ho h o 图2 - 6 以m 半乳糖为原料合成l 一核糖 f i g 2 - 6s y n t h e s i so fl r i b o s ef r o md g a l a c t o s e 以2 ，3 ，5 ，6 二一o 一异亚丙基d 半乳糖( 1 2 )( 由d 半乳糖得到) 为原料， 利用n a l 0 4 h 5 1 0 6 选择性地解离c 5 c 6 键，生成的醛经n a b h 4 还原为醇，苄基保 护3 ，5 羟基后，在1 0 h c i m e o h 条件下脱去异亚丙基保护，得到l o m e 化产物 7 至l 4 o l 第二章文献综述 ( 1 3 ) 。1 3 在e t 3 n 作用下，m s c i 与2 - o h 反应生成2 甲磺酸酯( 1 4 ) 。1 4 经a c 2 0 、 a c o h 、h 2 s 0 4 处理，得到1 ，5 二乙酸酯化合物( 1 5 ) 。甲磺酰基是活泼的离去 基团，在碱性溶液中，与1 乙酰氧基发生分子内s n 2 反应，经1 ，2 环氧化物中间 过程，得到c 2 构型翻转的产物，脱保护基后得到l 核糖。 此合成路线历经9 步，每步反应产率均较高，反应条件较为温和，总收率为 5 7 。 ( 4 ) 以d 核糖为原料 j u n g 3 0 】等人开发了一种以d 核糖为原料经过六步合成l 一核糖的新路线， 该 合成路线的原料d 核糖不仅在自然界广泛存在，还可以d 阿拉伯糖在含钼催化剂 作用下发生立体异构化反应合成，另外还可以d - 葡萄糖与d 果糖，通过微生物发 酵法合成。 其合成路线如图2 7 。 1 ) n a b h 4 o h 瓦矿 p y r c h 2 0 h s w e m o x i d a t i o a 。一， d m s o t f a a e t 3 n c h o 7 0 ：3 0 h c o o h ：e t ，o - - - - - - - - - - - 7 r a i n 辛秘 c h 2 0 a c o ho h i f a a = t r i f l u o r o a c e t i ca n h y d r i d e 图2 7以d 核糖为原料合成l 核糖 f i g 2 7t h es y n t h e s i so fl - r i b o s ef r o md r i b o s e 该合成路线以廉价易得的d 核糖为原料，通过合成手段实现立体构型的转 变，成为有价值的l 核糖，是一条有发展潜力的合成路线。 2 1 3 3 催化立体异构化合成 ( 1 ) 催化立体异构化合成路线 在催化剂作用下的立体异构化法是研究较早和较为实用的合成l 核糖的方 法。在钼酸等催化剂的作用下，糖类化合物可发生c 2 立体异构化反应。a b e 3 1 1 等 第二章文献综述 人在二甲基甲酰胺中，以钼与2 ，4 戊二酮的络合物为催化剂，研究了戊醛糖与己 醛糖的c 2 立体异构化反应。l 阿拉伯糖可催化立体异构化为l 核糖，转化率为 3 6 ，收率为1 7 。反应方程式如图2 8 。 l a r a b i n o s e m o c a t l r i b o s e 图2 8l 阿拉伯糖催化立体异构化合成l 一核糖 f i g 2 - 8t h es y n t h e s i so fl r i b o s ef r o ml - a r a b i n o s eb ye p i m e r i z a t i o n h j u m p p a n e n t 3 2 】等人以水为溶剂，以l 邛可拉伯糖为原料，分别研究了以m 0 0 3 、 h 2 m 0 0 4 、( n h 4 ) m 0 0 4 等为催化剂情况下合成l 一核糖的方法。t a c h i b a n a t 3 3 】等人研 究了钼酸衍生物和钼酸盐及其复合物作为催化剂使l 阿拉伯糖异构化成l 核糖 后经处理后加入苯胺的甲醇溶液反应生成l 核糖糖胺，糖胺再用甲醛水溶液水 解，处理后最终可得到l 核糖，收率为3 5 9 。近来又出现一类带有钼酸根离子 的苄基三甲基季铵盐阴离子交换树脂催化剂，k u b a l a t 3 4 】等人将1 5 2 5 的阿拉 伯糖水溶液以带有钼酸根离子的苄基三甲基季铵盐阴离子交换树脂处理，得到l 核糖。由阿拉伯糖催化异构化为l 核糖所使用的催化剂，除了上述含钼化合物催 化剂外，还有钨、锶、钙等络合物【引。 近年来，人们又开始研究一类用于糖类化合物的c 2 立体异构化反应的新型 金属络合物催化剂镍( i i ) 二胺络合物。y o s h i k a w a t 3 5 】等人在该类催化剂的作用下， 研究了d 葡萄糖等醛糖在甲醇介质中的c 2 立体异构化反应。催化剂有镍( i i ) - n 烷基取代乙二胺络合物【3 5 1 、镍( 1 i ) 一含醚的乙二胺络合物【3 6 】、镍( i i ) 光学活性n ， n 二乙基环己烷一1 2 二胺络合物【) 7 j 等。在水溶液中的钼酸盐催化的c 2 立体异构 化反应，达到热力学平衡所需的反应温度高，反应时间长。而镍( i i ) 二胺络合物 催化的c 2 立体异构化反应，反应温度较低，反应时间较短时则能达到平衡。在 镍( i i ) - n ，n ，n ，n 一四甲基乙二胺络合物的催化下，d 阿拉伯糖在6 0 下反应 5 m i n ，可转化为d 核糖，反应混合物中d 核糖与d 阿拉伯糖的比例为6 9 ：3 1 。 y o s h i k a w a 研究小组的研究表明，在上述镍( i i ) 二胺络合物的催化下，【11 3 c 卜d 葡萄糖，可立体异构z 为 21 3 c 】- d 甘露糖，该立体异构化反应机理为糖分子的l ，2 位的碳原子发生迁移，导致c 2 构型发生翻转。c d 谱等光谱手段的分析结果表 明，反应过程中形成了单原子镍( i i ) 与二胺及糖组成的具有八面体配位结构的三 元络合物。预计该类新型c 2 立体异构化催化剂对于l 核糖以及其它糖类化合物 9 第二章文献综述 的合成也有重要的理论与实际意义。 ( 2 ) 催化立体异构化机理 在水介质中，l 阿拉伯糖在钼酸盐催化剂的作用下，形成钼酸盐络合物过渡 态i i 。l 邛可拉伯糖的异构化机理和过渡中间体戊醛糖的锢酸络合物的形成有关， 包括有c 1 和c 一3 上的羟基，l 核糖和l 木糖的c 2 和c _ 4 上的羟基( 见图2 - 9 ) 。 醛糖c 1 和c 3 上的羟基和钼酸盐的络合主要靠有足够的亲电性的半缩醛羟基和 中心的钼原子形成配位键。络合的条件可由0 【，l 阿拉伯糖( i ) ，o r , l 核糖( i l i ) 在c 1 上的结构来满足【3 8 】。络合物的平衡变化与下文中的钼催化剂作用下的异构 化机理( 见图2 1 0 ) 。 4 v i 4 4 i i v 4 4 i v 4 i i i 0 【，l a r a b i n o s e ；i i i 伍，l r i b o s e ；i v l r i b o s e ； v l - x y l o s e ；v i 1 3 ，l - x y l o s e ；v i i p ，l - l y x o s e v i i 图2 - 9l 一阿拉伯糖合成l 核糖的异构化机理 f i g 2 - 9t h em e c h a n i s mo fe p i m e r i z a t i o no f l r i b o s ef r o ml a r a b i n o s e 在水介质中，旺，l 阿拉伯糖在c l 和c - 3 上的顺式羟基在钼酸盐催化剂的作 用下，形成钼酸盐络合物过渡态1 1 ，i i 异构化为a ，l 核糖( i i i ) 。i i i 在c 2 和 c 4 上的顺式羟基在钼酸盐催化剂的作用下，形成l 核糖锢酸盐络合物过渡态 1 0 t l u 第二章文献综述 i v ，i v 异构化为木糖v 。v 在c 1 和c 一3 上的顺式羟基在钼酸盐催化剂的作用 下，形成钼酸盐络合物过渡态v i ，v i 异构化为来苏糖v i i 。 v o e l t e r 3 9 】等人用光谱方法证实了醛糖的顺式羟基结构的络合需要更高的能 量，即在醛糖的差向异构体的形成中，c 2 和c 3 ( l 邛可拉伯糖和木糖) 上的羟 基的反式排列比较容易形成。b i l i k 3 8 】等人实验证明c 2 和c 4 上的羟基与钼酸盐 的络合的可能性比较低，是因为醛糖c 2 和c - 4 上的羟基的亲电性要l t c 1 和c 3 上羟基的亲电性低。因此，异构化反应后的溶液中含有大量未反应的l 阿拉伯糖， 一部分l 核糖和少量的l 木糖和l 来苏糖。 另外，b i l i k t 3 8 1 等人实验证实了醛糖的异构化也伴随着c 1 和c - 2 间键的部分 断裂，导致产生短小的醛糖，l 核糖可产生l 苏糖和l 赤藓糖。 b i l i k l 4 。0 j 等人通过研究d 1 3 h 葡萄糖等戊醛糖的c 2 立体异构化反应发现， 戊醛糖在锢酸盐催化下，可发生c - 2 立体异构化反应，得到热力学平衡的立体异 构体混合物，d 【1 3 h 葡萄糖经c 2 立体异构化后生成了d 2 - 3 h 1 揣，因此认 为反应是通过c 1 与c - 2 上的氢原子的相互交换而发生的。h a y e s 等j k t 4 l 】应用”c 及2 h 标记的化合物与1 3 cn m r 谱研究钼酸盐催化的醛糖的c 一2 立体异构化反应时 发现，d i 1 1 3 c 1 甘露糖完全转化为d 2 - 1 3 c 1 葡萄糖，表明反应中碳原子骨架中的 l ，2 位碳原子发生了迁移。而d 1 j 3 c ，2 h i 甘露糖转化为y d 2 - 1 3 c ，2 h i 葡萄糖， 表明b i l i k 等人所述的l ，2 位氢原子的迁移是由碳一碳键的重排所引起的。并提出 反应机理如图2 1 。 图2 1 0 钼催化剂作用下的立体异构化机理 f i g 2 10t h em e c h a n i s mo fe p i m e r i z a t i o nb ym oc o m p o u n dc a t a l y s t 醛糖化合物的羰基氧原子，以及c 2 ，c 3 和c 一4 上的羟基氧原子与两个钼 酸盐分子形成络合物1 6 ，l 再重排为c 1 和c 2 互为对称的过渡态1 7 ，c 1 和 c 一2 上的氧原子与钼酸盐形成强的络合作用后，可产生杂化作用，在过渡态中， c 1 和c 2 也同样发生了杂化，与c 3 形成三中心的过渡态。若c 2 与c 3 之间 的键恢复，则变为原来的醛1 6 ，若c 1 与c 3 之间成键，则形成c 2 立体异构 第二章文献综述 体1 8 。钼酸盐的络合物及过渡态的形成使反应具有立体专一性，络合物的c 1 和c - 2 结构单元发生翻转，只能形成c 2 异构体；因为c 3 键的断裂与形成只能 在原子的同面进行，所以c 3 的构型保持。 2 1 3 4 生物合成法 微生物法是合成l 核糖及其它碳水化合物的新途径，l 核糖也可以通过特定 细菌的发酵来得到。如k a w a g u c h i 等【4 2 】对微生物合成进行了深入的研究，研究l 核酮糖在细菌m i c r o n a c t e r i u ms p 或s t e n o t r o p h o m o n a ss p 作用下可转化为l 核糖。 r y u t o 等 4 3 】进一步研究了发酵后从核糖水溶液中制备核糖晶体的方法。通过核糖 的水溶液与同水不互溶的碳氢化溶剂的共沸脱水作用来得到核糖晶体，结晶率为 5 0 。 微生物合成法反应条件温和，选择性好，原料廉价易得，合成途径较为简便， 并可以避免化学合成法的污染问题，具有很大的应用潜力与广阔的发展前景 4 2 , 4 3 1 。但但由于化学合成法具有种类繁多及方便灵活的特点，所以目前微生物合 成法还无法代替化学合成法。 总结上述合成路线，催化立体异构化法由于合成途径直接简便，随着新型催 化剂的开发与催化机理研究的日趋深入，该途径将成为一条占有极大优势的新的 化学合成途径，尤其是以l 邛可拉伯糖为原料的合成方法报导较多，l 一阿拉伯糖在 含钼催化剂作用下，在水溶液中转化为l 一核糖的立体异构化反应具有较大的实用 价值，该方法合成途径简便，一步反应即可完成，原料l 邛可拉伯糖廉价易得，可 从l 阿拉伯树胶】、玉米纤维4 5 1 、甜菜浆【蛔和阿拉伯糖基木聚糖4 7 1 等物质中水 解分离得到。 2 1 4l 一核糖的分离 l 5 可拉伯糖异构化后的产物结晶出大部分未反应的l _ 5 可拉伯糖后，主要含 有l 核糖、少量的l 邛可拉伯糖、l 木糖和l 来苏糖等等。通过对以往分离方法 的筛选，以及考虑到工业化生产的要求，本课题采用合成糖胺的方法对混合糖进 行分离纯化。 关于l 核糖的分离，有一些科学工作者进行了研究，其中文献报道的有： 2 1 4 1 柱色谱法 用此法可由l 核糖与l 阿拉伯糖、l 木糖和l 来苏糖的混合物分离出纯的l 核糖与l 阿拉伯糖1 4 8 。用硅胶粉装柱，柱长1 5 c m ，直径6 c m 。用乙酸乙酯：异丙 醇：水= 6 5 ：2 2 ：1l 作展开剂，分离后得到l 核糖溶液，l 阿拉伯糖溶液和含有l 1 2 第二章文献综述 木糖和l 来苏糖的混合物溶液。l 核糖溶液减压浓缩，真空干燥得到l 核糖，收 率为1 0 7 。 2 1 4 2 离子交换树脂法 ( 1 ) 用强酸性阳离子交换树脂进行分离 用此法可分离中性单糖的混合物。该法采用p b 2 + 强酸阳离子交换树脂，交叉 链接3 1 6 的二乙烯基苯。分离后得到l 核糖，收率为4 5 1 3 2 1 。 ( 2 ) 用阳离子交换树脂进行分离 s t e p h e n 4 9 1 等人利用核糖和钕柱的络合比其它糖( 阿拉伯糖、来苏糖、木糖 和反应的副产物) 和钕柱的络合力强，而采用钕柱分离得到l 核糖，l - 核糖作为 一个纯组分最后从柱中排出。此方法中钕交换柱体积小，且流速快，少了脱色的 步骤，且分离柱不需再生即可重新使用。但是，该方法得到的l 核糖糖液，l 核糖不容易从中析出，即使加入l 核糖晶种，放置数周后仍然是糖浆。 ( 3 ) 用阴离子交换树脂进行分离 i c h i k a w a i 5 0 1 等人将用镍催化剂催化后的反应液，通过甲醛系树) i 旨s ki b h ( 强 酸阴离子交换树脂) 和甲醛系树h 旨s a n l ( 强碱阴离子交换树脂) 后，得到l 核 糖。 2 1 4 3 合成l 一核糖糖胺分离l 一核糖 l 核糖与l 阿拉伯糖、l 木糖和l 来苏糖的混合物通过用芳香胺处理得到晶 体n 苯基l 核糖糖胺。n 苯基l 核糖糖胺用蒸汽水解得到l 核糖【3 4 】。 2 2l 阿拉伯糖 2 2 1l 一阿拉伯糖简介 l 阿拉伯糖 又名l - ( + ) 一阿戊糖；l - 阿糖；l 一( + ) - 树胶醛糖；l - g u m s u g e r ； p e c t i n o s e ：p e c t i ns u g e r ：l a r a b n o s e 分子式如图2 1 1 ，分子量1 5 0 1 3 。 阿拉们糖主要是树胶经水解而制得的一种五碳醛糖，具有四个羟基，有三种 旋光体，大多数的性质相差很小。无色结晶或结晶状粉末，无味，易溶于水，不 溶于乙醚和乙醇。生化试剂含量9 8 ( h p l c ) ，熔点1 5 4 1 5 8 ；相对密度( u 4 ) l 。5 8 5 ； a h 6 2 0 一+ 1 2 2 2 。， a 0 2 0 一