SAHARIDI 2SAHARIDI 2Hemijske i Enzimske ReakcijeHemijske i Enzimske Reakcije

MonoMono-- i i oligosaharidioligosaharidi

Gradjenje poluacetala (ciklizacija monosaharida) i acetala (oligo-, polisaharidi, glikozidi)

3

ί α-anomerβ-D-(+)-glukozareducirajući šećer

ί α-anomerMetil-β-D-glukozidnereducirajući šećer

O

OH

HOH2CHO

HO OH

O

OH

HOH2CHO

HO OCH3

CH3OH, HCl

Nastajanje acetala (glikozida)

metil-β-D-glukozidnereducirajući šećer

metil-β-2,3,4,6-tetra-o-metil-glukozidnereducirajući šećer

Nastajanje etara

O

OCH3

OH

HO

HO

HOH2CO

OCH3

OCH3

H3CO

H3CO

HOH2C(CH3)2SO4

NaOH

O

OCH3OCH3H3CO

H3CO H3COH2C O

OHOCH3H3CO

H3CO H3COH2C

O

OH

OCH3H3CO

H3COH3COH2C OH

CHOOCH3

H3CO

H3CO H3COH2C

OCH3

prsten se otvara ovde

prsten se otvara ovde

metil-β-2,3,4,6-tetra-o-metil-D-glukozidnereducirajući šećer

β-2,3,4,6-tetra-o-metil-D-glukozareducirajući šećer

α-2,3,4,6-tetra-o-metil-D-glukozareducirajući šećer

HIDROLIZA ACETALA

HCl razbl

7

Enolizacija i izomerizacija

Izomerizacija

Epimerizacija Epimerizacija

8

Redukcija

CHO

(CHOH)n

CH2OH

Br2 + H2O

HNO3

COOH

(CHOH)n

CH2OH

COOH

(CHOH)n

COOH

aldoza

aldonska kiselina

aldarna kiselina

Oksidacija

Dokazne reakcije – oksidacija redukujućih šećera

VRSTA Jedinjenja IME VRSTE PRIMERI IME POJEDINIH SPOJEVA

monosaharidHOCH2(CHOH)nCHO aldoza glukoza manoza

monokarboksilna kiselinaHOCH2(CHOH)nCOOH aldonska kiselina glukonska kiselina manonska kiselina

dikarboksilna kiselinaHOOC(CHOH)nCOOH aldarna kiselina glukarna kiselina; saharinska

kiselina monosaharinska kiselina

PolihidroksialkoholHOCH2(CHOH)nCH2OH alditol glucitol; sorbitol manitol

aldehidna kiselinaHOOC(CHOH)nCHO uronska kiselina glukuronska kiselina manuronska kiselina

Oksidacija katalizovana enzimima!!!

Konverzija pentoza u furfural

Perjodatna oksidacija

C

CHOH

CHOH

CHOH

C

CH2OH

H

OCH3H1

2

3

4

5

6

C

CHO

CHO

C

CH2OH

H

OCH3H

+ HCOOH

2HIO4 Br2 (voda) SrCO3 Sr++

C

COO-

COO-

C

CH2OH

H

H

metil α-glikozidbilo koje D-aldoheksoze

(glukoza, manoza, galaktoza, itd.)

daje istu Sr-sol

Fišer-Kilijanijeva cijanhidrinska sinteza

R

CHO

CN

CHOH

R

CO2H

CHOH

R

CHO

CHOH

R

i ii iii

i - HCN, NaCNii - NaOHiii - zagrevatiiv - Na/Hg

Nitrometanska

R

CHO

CH2NO

CHOH

R

HC

CHOH

R

CHO

CHOH

R

i ii iii

i - CH3NO2, NaOMeii - NaOHiii - H2SO4iv - Ac2O, H+v - NaHCO3, C6H6vi - HX

N

ONa

O

iv, v

CHNO2

CH

R

CH2NO2

CHX

R

CHO

CHX

R

vi ii, iii

Produžavanje niza

CHO

CH2OH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

HHO

OHH

OHH

OHH

CN

CH2OH

HHO

OHH

OHH

HHO

CN

CH2OH

HHO

OHH

OHH

OHH

COOH

CH2OH

HHO

OHH

OHH

HHO

COOH

C

CH2OH

HHO

OH

OHH

HHO

C O

CH2OH

HHO

OH

OHH

OHH

C O

HCN

H2O

H

-H2O

-H2OH2O

H

Na (Hg)

Na (Hg)CO2

CO2

CH2OH

HHO

OHH

OHH

OHH

CHO

CH2OH

HHO

OHH

OHH

HHO

CHO

aldopentoza

dijastereoizomernicijanhidrini

dijastereoizomernealdonske kiseline(smesa se obicnoodredjuje u ovom

stupnju)

dijastereoizomernialdonolaktoni

dijastereoizomernealdoheksozeEPIMERI

PRODUŽAVANJE NIZA – EPIMERI!

Rufova degradacija (RUFF)

CO2H

CHOH

R

CO2H

C

R

O CHO

R

+ H2O

Volova degradacija (WOHL)

i

i - H2O2, Fe3+

CHO

CHOH

R

CH

CHOH

R

i

NOH

ii

CN

CHOAc

R

CH(NHAc)2

R

CHO

R

iii iv

i - H2NOHii - Ac2Oiii - NH3iv - H+

Disulfonska degradacija

CHO

CHOH

R

CH(SEt)2

CHOH

R

i ii

CH(SO2Et)2

CHOH

R

CHO

R

iii+ CH2(SO2Et)2

i - EtSH, HClii - EtCO3Hiii - NH4OH

Skraćivanje niza

CHO

CHOH

CHOH

CHOH

CHOH

CH2OH

fenil-hidrazin

NH NH2

glukoza

C

CHOH

CHOH

CHOH

CHOH

CH2OH

NNH

H

fenil-hidrazon

fenil-hidrazin

NH NH2

C

C

CHOH

CHOH

CHOH

CH2OH

NNH

H

hidroliza

NNH

ozazon

Građenje hidrazona

Sinteza glikozida

• Zaštita hidroksilnih grupao Acetati, Benzoati, Tozilati

• Aktivacija anomernog C atoma i formiranje glikozidne veze

• Hidroliza zaštitnih grupa

O Bn BnCl, base H2, Pd/C

O

O

Bz BzCl, base NaOMe, MeOHNH3/MeOH

O

O

Ac Ac2O, Py NaOMe, MeOHNH3/MeOH

O O isopropylidene acetone, TsOHCH3C(OCH3)2, TSOH

HCl, THF

O O benzylidene PhCH=O, ZnCl2 HCl, THFH2, Pd/C

Najčešće korišćene grupe za zaštitu hidroksilnih grupa šećera

OR'OR'O

OR'

OR'

OH

HX

OR'OR'O

OR'

OR'

Nu

OR'OR'O

OR'

OR'

X

OR'OR'O

OR'

OR'

Nu

OR'OR'O

OR'

OR'

X+

X = Cl or Br

Nu- Nu-SN2

Nucleophilic substitution of halogenases (Koenigs-Knorr)

OR'OR'O

OR'

OR'

OH

OR'OR'O

OR'

OR'

OR

OR'OR'O

OR'

OR'

Cl3CNH

OR'OR'O

OR'

OR'

OR

OR'OR'O

OR'

OR' NH

CCl3+

ROH, acid

1. base2. Cl3CN

ROH, acid

thermodynamic kinetic

imidates

O

O

Trihloroacetimidatni metod

OR'OR'O

OR'

OR'

SPh

DAST/NBSOR'O

R'OOR'

OR'

FOHO

R'OOR'

OR'

SPh

OR'OR'O

OR'

OR'

OOR'O

OR'

OR'

SPh

AgClO4, SnCl2

Tioglikozidni/fluoridni metod

OR'OR'O

OR'

OR'

ROH OR'OR'O

OR'

OR'

OR

1. mCPBA2. Tf2O

or NBSor NIS/TfOHor dimethyl(methylthio)sulfonium triflate

OL

X

O

YHO

RO

O

XRO

RORO

RO

LO

YHO

RO

OL

O

YO

OL

O

YO

RO

RO

Polymer supported donor

Polymer supported acceptor

Sinteza na polimerima

Enzimi u sintezi glikozida

Nedostaci hemijskih metoda:

• više koraka u sintezi (zaštita grupa, formiranje glikozidne veze, skidanje zaštite)

• dobijanje smeše anomera• upotreba toksičnih katalizatora i rastvarača

Prednosti enzimske sinteze glikozida:

• Dobijanje u jednom koraku• Visoka stereoselektivnost• Bez upotrebe toksičnih katalizatora i rastvarača

Glikozil-transferaze

Katalizuju sintezu glikozida u živim organizmima

Prednosti:

Prinos glikozida kvantitativan u vodenom rastvoru

Nedostaci:

Katalizuju nastajanje samo jedne vrste glikozida

Upotreba skupih donora šećera (UDP-glikozida)

Nalaze se u malim količinama u živim organizmima

Glikozidaze

Prednosti:

• Široka supstratna specifičnost• Nalaze se u velikim količinama u živim organizmima• Koriste jeftine donore šećera (monosaharide,

disaharide i polisaharide)

Nedostaci:

• Katalizuju hidrolizu glikozidne veze u vodenim sredinama

Β-galaktozidaza E.coli

Sinteza glikozida u reakciji reverzne hidrolize

Sinteza glikozida u reakciji transglikozilacije

Reakcija transglikozilovanjana primeru β-galaktozidaze

GlikozidiGlikozidi

ZnaZnaččajaj glikozidaglikozida

Fiziološka uloga:• Transport akumulacija i skladištenje hidrofobnih

supstancija kod biljaka• Glikozidi aglikona čuvaju biljku od štetnog dejstva

aglikona (cijanogeni glikozidi)

Industrijska upotreba:• Detergenti (oktil i butil glukozid)• Antifugalno i antimikrobno dejstvo (glikozidi

terpena)• Antitumorsko dejstvo (glikozidi peptida)• Kardijačni glikozidi (digitoksigenin glikozid)• Arome (vanilin i mentil glikozidi)

Fenolna jedinjenja i njihovi Fenolna jedinjenja i njihovi glikozidiglikozidi

Fenolna jedinjenja:

• Široko rasprostranjena klasa prirodnih jedinjenja sa fenolnim jezgrom u svojoj strukturi

Glikozidi fenolnih jedinjenja

• Povećavaju rastvorljivost i stabilnost fenolnih jedinjenja

• Menjaju farmakološke osobine fenolnih jedinjenja• Daju nova fiziološka dejstva fenolnim jedinjenjima

Primeri fenolnih jedinjenja i Primeri fenolnih jedinjenja i njihovih glikozidanjihovih glikozida

• glukozid prenilhidrohinona (antiinflamatorno dejstvo)

• tert-butil hidrohinon glukozid (antioksidans)• Avarol (lečenje leukemije, tumora, psorijaze i

virusnih infekcija)• Rutin i njegov glukozid (lečenje hemoragije i

visokog krvnog pritiska)• Kvercetin i njegov glukozid (antitumorsko i

antibakterijsko dejstvo)• Salicil glukozid (antikoagulans)

Tokoferol glikozid (antihistaminik)

Hidrohinon i arbutinHidrohinon i arbutin• Hidrohinon toksična supstanca

• Hidrohinon β-glukozid (lečenje bubrežnih infekcija, inhibitor tirozinaze-beljenje kože)

• Hidrohinon α-glukozid (8 puta jače dejstvo od β-arbutina)

O

OH

OH

OH

CH2OH

O

NH Indikan

Indikan – prekursor indigo boje

Kateholamini (lečenje Parkinsonove bolesti, visokog krvnog pritiska)

RUTINOZA

HESPERITIN

Hesperidin – flavonoid, antioksidans

Glikozidi flavonoida i katehina (antimutageno, antitumorno i antihiperholesterično dejstvo)

OH

OH

O

NH

NH

OH

C

NH

NH2

C

NH

H2N

O

CHO

OH

CH3

O

OOH

CH2OH

OH

NHH3C

STREPTOMICIN

5-(2,4-diguanidino-3,5,6-trihydroxy-cyclohexoxy)- 4-[4,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-3-methylamino-tetrahydropyran-2-yl] oxy-3-hydroxy-2-methyl-tetrahydrofuran-3-carbaldehyde

CHO

CH2OH

CHO

CH3

CHO

CH2

CH3

CHO

CH3

H3CO

CHO

CH3

OCH3

CHO

CH2

CH3

H3CO

CHO

CH2

CH3

OCH3

CHO

CH2

CH3

OCH3

CHO

CH2

CH3

OCH3

D-Glucose L-Rhamnose D-Digitoxose

D-Digitalose L-Thevetose D-Diginose

L-Oleandrose D-Sarmentose D-Cymarose

SOME SUGARS IN CARDIAC GLYCOSIDES

MonosaharidiMonosaharidi u u prirodiprirodi

CHO

C

CH2OH

H OH

CHO

C

C

CH2OH

OH

OH

H

H

CHO

CC

CH2OH

HOH

HOH

D-Glyceraldehyde

D-Erythrose

CHOCCCCH2OH

OHHOHOHH

H

CHOCCCCH2OH

HHOOHOHH

H

CHOCCCCH2OH

OHHHOHH

HO

CHO

C

C

C

CH2OH

HHO

H

OHH

HO

D-Ribose D-Arabinose D-Xylose D-Lyxose

CHO

CCCC

CH2OH

OHOHOHOH

HHHH

D-Allose

CHOC

CCCCH2OH

H

OHOHOH

HO

HHH

D-Altrose

CHOC

CCCCH2OH

OH

HOHOH

H

HOHH

D-Glucose

CHOC

CCCCH2OH

H

HOHOH

HO

HOHH

D-Mannose

CHOCCC

CCH2OH

OHOHH

OH

HH

HO

H

D-Gulose

CHOCC

CCCH2OH

OHH

HOH

HHO

HOH

D-Galactose

CHOCCC

CCH2OH

HOHH

OH

HOH

HO

H

D-Idose

CHOCCC

CCH2OH

HHH

OH

HOHOHO

H

D-Talose

D-Threose

OCH2OH OH

OH OH

O

OH

CH2OH

OH

OH

OH

OCH2OHHO

HOOH

OH

C

C

C

C

C

CH2OH

OHH

HHO

OHH

H

HHO

O

OCH2OH OH

OH

OH

O

CH2OH

OH

OH

OH

OHO

OH

CH2OH

OH

OH OH

OCH2OH OH

OH

CH2OH

OH

O

OH

CH2OH

OH

OH

NH2

O

OH

OH

OH

OH

CH3

OCOO-

OH

OH

NH2

HC

HC

CH2OH

OH

OH

β-D-riboza (Rib) β-D-glukoza (Glc)

β-D-glukoza 4C1

β-D-glukoza (Fischerova projekcija)

β-D-ksiloza (Xyl) β-D-galaktoza (Gal) β-D-manoza (Man) β-D-fruktoza (Fru)

β-L-fukoza (Fuc)(=6-dezoksi-β-L-galaktoza

D-glukozamin

D-neuraminska kiselina (Neu)

β

β

β

ββ

β

β

α

CHO

CH2OH

CHO

CH3

CHO

CH2

CH3

CHO

CH3

H3CO

CHO

CH3

OCH3

CHO

CH2

CH3

H3CO

CHO

CH2

CH3

OCH3

CHO

CH2

CH3

OCH3

CHO

CH2

CH3

OCH3

D-Glucose L-Rhamnose D-Digitoxose

D-Digitalose L-Thevetose D-Diginose

L-Oleandrose D-Sarmentose D-Cymarose

SOME SUGARS IN CARDIAC GLYCOSIDES

VitaminiVitamini

O

HO OH

C

H

H

HOH2CHO

O

L-askorbinska kiselina

DiDi-- i oligoi oligosaharidisaharidi u u prirodiprirodi

O

OHHO

HOHOH2C

OH,,H

O

OHHO

HOHOH2C

OH,H

+ =

D-Glukoza D-Glukoza

11 IZOMERA

α (1→ 2)α (1→ 3)α (1→ 4)α (1→ 6)

β (1→ 2)β (1→ 3)β (1→ 4)β (1→ 6)

α (1→ 1) αα (1→ 1) ββ (1→ 1) β

D-glukoza + D-glukoza + D-glukoza = 176 izomera(piranoza)

ŠEĆERNI KOD – Šećeri kao informacioni molekuli

saharozaα-D-glukopiranozil β-D- frukto furanozid

O

H

HO

H

HO

H

O

OHHH

OH

O

H

H

HO

H

OH

OHHH

OH

maltoza

O O

OH

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

OH

O

2trehaloza

O

OH

R1

OH

OH

R2O

O

OH

OH

OH

OH

a. R1=OH ; R2=Hb. R1=H ; R2= OH

a. celibiozab. laktoza

O O

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

OH

raf inoza

oO

PRIRODNI!!!

Određivanje strukture Određivanje strukture nepoznatog oligosaharidanepoznatog oligosaharida

hidrolizom se dobija smeša sastavnih monosaharidahromatigrafijom se oni razdvajaju i identifikuju

hemijskim reakcijama ili instrumentalnim metodama identifikuje se redosled vezivanja

hemijskim reakcijama ili instrumentalnim metodama identifikuju se veličina prstena

hemijskim reakcijama ili instrumentalnim metodama identifikuju se mesta vezivanja

hemijskim reakcijama ili instrumentalnim metodama identifikuju se načini vezivanja (tipovi veza)