Архив рубрики «Манноза»
Асимметрия молекул и синтез
26.02.2010 | 
Автор: Направленный синтез органических структур с заданной асимметрией углеродного атома принадлежит к числу одной из сложных экспериментальных проблем органической химии. Во всех случаях, когда в ходе реакции возможно возникновение нового асимметрического центра, образуются всегда оба изомера, как это имеет место, например, при реакции образования полу-ацеталя:
Рубрика: 
Микроминиатюрные химические заводики
Микроорганизмы – это, можно сказать, микроминиатюрные химические заводики, отличающиеся от привычных нам многотрубных и многоколонных заводов химической промышленности не только своей огромной синтетической мощью, но и высокой избирательностью в осуществлении химических процессов. Ассортимент микроорганизмов чрезвычайно большой, он обеспечивает получение самых разнообразных химических продуктов, если человек, в свою очередь, создаст благоприятные условия для жизнедеятельности самих микроорганизмов. Трудятся эти «заводики» не поодиночке, а коллективно, и продукты, которые мы получаем от них, – это, по сути дела, отходы их деятельности. Поэтому надо научиться вовремя убирать эти отходы.
Углеводы окружающие нас повсюду
Углеводы окружают нас повсюду, они – неотъемлемая часть Природы и часть нас самих. Углеводы нас защищают, они согревают, помогают нам двигаться и выполняют множество других жизненно важных функций. И не следует думать, что сахара – это только то, что «сладкое», а где сладкое – там ожирение и кариес зубов. Будем умеренными во всяком случае.
Ацетильная группа
Соседняя с реакционным центром ацетильная группа вступает внутри молекулы в реакцию нуклеофильного замещения, вытесняет заместитель X (например, атом брома) и образует промежуточную циклическую систему. В этой системе есть только один подход к реакционному центру для атакующей молекулы ROH со стороны, противоположной мостику С-О-С. В момент атаки этой молекулы на углеродный атом происходит одновременный разрыв мостика С-О-С и образование новой связи RO-С в строго определенном направлении. На этой схеме основаны многочисленные варианты синтеза О-гликозидных связей. Так, в оксазолиновом методе функции блокирующего агента выполняет амидная группа при С2, которая в промежуточном продукте (HI) перекрывает экваториальную позицию при Q и оставляет для атакующего нуклеофильного агента (ROH) только одно направление атаки, ведущее к образованию только аксиальной О-гликозидной связи в конечном продукте (IV).
Приведем пример избирательного образования диасте-реомерных форм ацеталей Сахаров (VI) и (VIII), различающихся расположением заместителей (агликонов) Bt и В2 у первого углеродного атома. Эти формы образуются в результате атаки нуклеофила НВ2 на С4 циклических структур исходных гликозидов со стороны, противоположной полуацетальному кислородному мостику Q-О-С5. Результатом такой атаки является раскрытие углеводного кольца и образование ациклических ацетальных структур, в которых расположение агликонов Bf и В2 однозначно определяется пространственным положением исходного аг-ликона Ві в циклической структуре
Что такое автокатализ
Автокатализом называют явление, когда вещества, выступающие в качестве Инициаторов (катализаторов) реакции, образуются в ходе самой реакции. Строго говоря, такие реакции вообще не должны были бы развиваться. В самом деле, если с самого начала не ввести в реакционную систему каталитический агент, реакция не пойдет и система может пребывать в состоянии покоя сколь угодно долго. А если реакция не протекает, то и не образуются каталитические агенты. Система, таким образом, не может «сдвинуться с места». На практике, однако, реакции автокаталитического типа все-таки протекают, но лишь спустя некоторый период относительного покоя, который называют индукционным периодом. В этот период происходит медленное формирование промежуточных соединений, выполняющих функции катализатора реакции, и по мере накопления их происходит нечто вроде «разогрева» системы.
Проблемы питания, энергии и сырья
Вопрос хотя и деликатный, но вполне резонный: каковы темпы роста населения Земли и какие перспективы ожидают нас в связи с этим ростом? Академик П. Л. Капица как-то подсчитал, что при существующих темпах роста ровно через 800 лет народонаселение Земли достигнет своего «потолка» – на каждый квадратный метр земной поверхности будет приходиться по одному человеку. Не будем, однако, размышлять о столь отдаленной перспективе", подумаем о ближайшем будущем. Чтобы это будущее было светлым, надо решать проблемы питания. Их много, но мы затронем одну – ту, которая связана с углеводами.
Углеводы растительных тканей – естественный продукт, получаемый в больших количествах при возделывании практически всех сельскохозяйственных культур. Поэтому в первую очередь надо решать вопросы дальнейшего расширения и интенсификации сельскохозяйственного производства. Суши на Земле 14 миллиардов гектаров, половина из них пригодна для выращивания сельскохозяйственных культур. Человеком же используется только около 1,5 миллиарда гектаров почвы, и, следовательно, на душу населения приходится в настоящее время всего 0^5 гектара. Далее, с освоенной человеком площади получают ежегодно около 3 миллиардов токи растительной пищи, т. е. примерно по 2 тонны с каждого гектара посевных площадей. Резервы, как видим, есть, и весьма немалые, как по части дальнейшего увеличения площади посевов, так и в смысле повышения продуктивности почвенного покрова.
Современная химическая промышленность
Современная химическая промышленность базируется сейчас главным образом на нефти и природном газе. Не более полувека назад начала зарождаться многотоннажная индустрия каталитической переработки нефти, а сейчас мы уже начинаем подсчитывать, сколько еще нефти осталось в земной коре. Прогнозы эти неутешительные даже по самым оптимистическим оценкам. Поэтому, говоря о химической индустрии будущего, мы должны позаботиться о том, чтобы налаживать производство органического сырья по принципу природной ассимиляции углекислого газа и воды с использованием энергии солнечного излучения. Представим себе, что нам удастся осуществить, а затем и наладить в промышленном масштабе реакцию получения формальдегида из углекислого газа с использованием энергии Солнца:
Полисахаридные цепи гликопротеинов
Полисахаридные цепи гликопротеинов построены из повторяющихся олигосахаридных блоков, каждый из которых в свою очередь состоит из набора моносахаридов, соединенных друг с другом в строго определенной последовательности. Эти-то углеводные цепи, связанные с белковой «подложкой», и являются ответственными за специфичность (и в известной мере за неповторимость) групповых веществ крови. Изменение в структуре углеводной цепи приводит, как правило, и к изменению специфичности группового вещества крови. Показателен следующий пример: если от группового вещества крови «А» отщепить N-ацетил-галактозамин, а от вещества крови «В» – галактозу, то эти вещества теряют свойственную им специфичность и приобретают новую, характерную для группового вещества крови «Н».
Гликопротеины располагаются на клеточной поверхности таким образом, что углеводная часть оказывается ориентированной «наружу», в сторону межклеточной жидкости. Она, следовательно, первой вступает в контакт при «общении» клеток между собой и при взаимодействии с веществами, содержащимися в межклеточной жидкости. Выяснилось также, что групповые вещества крови находятся не только на поверхности эритроцитов, но и в других тканях животного организма, и, таким образом, эти вещества определяют групповую принадлежность организма в целом – специфику его «общения» с внешними агентами.
Глюкопиранозное звено в целлюлозе
Глюкопиранозное звено в целлюлозе имеет три свободные гидроксильные группы, которые подобно обычным спиртовым группам могут вступать в реакции этерификации с образованием простых и сложных эфиров. Получение эфиров целлюлозы как раз и представляет собой один из наиболее распространенных и промышленно развитых методов трансформации свойств целлюлозы и получения. на этой основе большого количества разнообразных изделий. Эфиры целлюлозы явились, по сути дела, первыми искусственными полимерами, нашедшими техническое применение в различных областях.