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)