| Prefenoinsav | |
|---|---|
| Tábornok | |
| Szisztematikus név |
cisz -1-(2-karboxi-2-oxo-etil)-4-hidroxi-ciklohexa-2,5-dién-1-karbonsav |
| Chem. képlet | C 10 H 10 O 6 |
| Fizikai tulajdonságok | |
| Moláris tömeg | 226,18 g/ mol |
| Osztályozás | |
| Reg. CAS szám | 126-49-8 |
| PubChem | 1028 |
| MOSOLYOK | O=C(O)[C]/1(CC(=O)C(O)=O)\C=C/[CH](O)\C=C\1 |
| InChI | InChI=1S/C10H10O6/c11-6-1-3-10(4-2-6,9(15)16)5-7(12)8(13)14/h1-4,6,11H,5H2, (H,13) ,14)(H,15,16)FPWMCUPFBRFMLH-UHFFFAOYSA-N |
| CHEBI | 16666 |
| ChemSpider | 16735981 |
| Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve. | |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
A prefeninsav (röv. angol PPA ), más néven prefenát anionos formában , egy szerves kétbázisú sav, amely chorizmátból képződik , előfutára a fenilalanin , tirozin , fenilpropanoidok és más vegyületek bioszintézisében. A hattagú prefenát karbociklus egy lépésben könnyen aromatizálható. A fenilpiruvát fenilcsoportja , a fenilalanin a prefenátból származik , innen ered a vegyület neve. A nevet ( prefénsav , prefenát ) Bernard Davis, egy amerikai mikrobiológus javasolta, aki felfedezte a sikiminsav metabolikus szerepét, és a sikimsav (sok legfontosabb metabolit, köztük a prefénsav) korai tanulmányozásának legkiemelkedőbb alakja lett. , laboratóriumában fedezték fel) [1] .
A molekulának (a legszimmetrikusabb konformációban ) van egy szimmetriasíkja (amely 10 szénatomból 6-on áthalad), vagyis szimmetrikus a reflexiós művelet során ( akirális ), de ennek ellenére a szubsztituensek különbsége miatt. a ciklus két tetraéderes szénatomján 2 diasztereomer ( cisz - izomer és transz - izomer). A természetes prefensav egy cisz - izomer (a régebbi csoportok - a kvaterner karboxilcsoport az 1 -ben és a hidroxilcsoport a 4 -ben - a gyűrű "síkjának" egyik oldalára orientálódnak, a számozás a szisztematikus névnek megfelelő ). Egy epimert ( transz - izomert), az epiprefensav nevű epimert szintetizáltak, [2] [3] mint kiderült, egyes kémiai tulajdonságai jelentősen eltérnek [3] . A prefén-, epiprefén-, izoprefén-, korizmus-, 4 -epichorizmikus-, izochorizmikus- és pszeudokorizmikus savak izomerek.
A molekula akirális, így a prefensavnak nincs optikai aktivitása [4] . [5] Nem szabad formában nyerik, sók formájában izolálják. A prefensav sói (prefenátok) kristályos anyagok. A báriumsók gyengén oldódnak vízben, amelyet a prefenát oldatból történő kicsapására használnak, hogy izolálják azt [4] .
1H - NMR ( D20 , 250 MHz ), 8 (ppm): 3,12 (2H, s), 4,50 (1H, tt, J1 = 3,1 , J2 = 1,4 Hz), 5,92 (2H, dd J1 = 10,4, J2 = 3,1 Hz), 6,01 ( 2H , d, J1 = 10,4, J2 = 1,4 Hz) [3] . A prefenát (nátrium) csoportok protonjai —OH és —CH 2 —CO— gyorsan kicserélődnek D 2 O -val [3] .
13C - NMR (D20 , 75 MHz), 8 (ppm): 203, 178, 173, 132 (két azonos szénatom esetén), 127 (két azonos szénatom esetén), 65, 49, 48.
A prefenoikus "sav" csak dianionos formájában stabil [2] . Hajlamos a spontán és katalitikus aromatizációra [6] . A felezési idő (felezési idő) vizes oldatban szobahőmérsékleten 130 óra pH = 7,0, 13 óra pH = 6,0 és 1,0 perc 1 N HCl-ben [4] .
Savas környezetben (még enyhén savanyú pH = 6-on is) [4] szobahőmérsékleten (és melegítéskor) a prefensav a dehidratációs dekarboxilációs reakció (konjugált elimináció ) eredményeként szinte kvantitatívan fenilpiruvsavvá (fenilpiruvát) aromatizálódik. ) [4] . [3] Lúgos környezetben hevítéskor a prefénsav dekarboxilálódik, para-hidroxi-fenil-tejsavvá aromatizálódik ( para-hidroxi-fenil- laktát , itt érdemes figyelni ennek a vegyületnek a szerkezeti hasonlóságára a para - hidroxi -fenil-piruváttal ) [3] . [5]
A prefénsav epimerje (epiprefensav) némileg eltérő kémiai tulajdonságokkal rendelkezik: lúgos környezetben gyakorlatilag nem aromásodik, savas környezetben pedig a prefensavhoz hasonlóan könnyen átalakul fenilpiruvsavvá, szinte kvantitatív hozammal [3 ] . Az epiprefénsav savas aromatizációs sebessége még mindig lényegesen alacsonyabb, mint a prefénsav azonos körülmények között történő aromatizációs sebessége (és alacsonyabb, mint a szintetikusan előállított deoxoprefén és epideoxoprefensavak, amelyekben nincs keton funkciós funkció), ami a az epiprefensav hidroxilcsoportjának bevonásának lehetősége az intramolekuláris hemiketál képződésébe (prefeninsav esetében az intramolekuláris hemiketál képződése a reagáló csoportok transz -pozíciója miatt nehézkes ) [7] .
Csak a prefenát felfedezése, szerkezetének és bázikus tulajdonságainak megállapítása után vált ismertté, hogy az ilyen típusú ciklohexadienolok savlabilisak és rendkívül hajlamosak az aromatizálódásra [6] . [5] A prefenát aromatizációs reakciója fenilpiruváttá volt az első olyan aromatizációs reakció, amelyet részletesen értelmeztek a biokémiában [1] .
A savas aromatizálás mechanizmusaAz említett, sav által katalizált dehidratációs dekarboxiláció (konjugált elimináció) két lépésben megy végbe (a hidroxilcsoport protonálódása okozza az eliminációt - reverzibilis dehidratáció következik be egy rezonánsan stabilizált karbokation (arénium ion) képződésével, majd dekarboxiláció következik be, amihez társul a töltések semlegesítése és a végtermék - fenilpiruvát - képződése), [7] ellentétben az enzimatikus (prefenát-dehidratáz) reakcióval, amely együtt megy végbe (a kilépő csoportok szinkronban, egy szakaszban hasadnak le) [8] .
oxónium-ion arénium ion A lúgos aromatizálás mechanizmusaA lúgos aromatizáláshoz legalább 5 alternatív formai mechanizmust javasoltak (a diagramon jelölve: a , b , c , d , e ). Meg kell jegyezni, hogy a prefenát epimerje (epiprefenát) nem aromatizálódik lúgos közegben (az epiprefenát vizes lúgos oldatának megsavanyítása még melegítés vagy hosszan tartó expozíció után is szinte kvantitatív fenilpiruváthoz vezet , amely a savas aromatizáció terméke ). Nem mind az 5 javasolt formális mechanizmus felel meg ennek a ténynek, valamint más kísérleti eredményeknek, csak 2 mechanizmus ( d és e ) felel meg a megfigyelt tényeknek. A prefenát lúgos aromatizálásának mindkét lehetséges mechanizmusa magában foglalja a C4 hidrogén hidrid eltolódását , amely a végtermékben ( p - hidroxi-fenil-laktát) ugyanazon a tetraéderes szénatomon történik, mint a hidroxilcsoport. E két mechanizmus ( e ) egyike esetén a hidrid 1,6-hidrid eltolódás eredményeként közvetlenül a jelzett karbonil-szénatomhoz kerül (redukálva). Egy másik mechanizmus ( d ) esetén a hidrid 1,7-hidrid eltolódás eredményeként egy karboxilcsoportba kerül, redukálva azt aldehiddé ( gemdiol ), majd egy Cannizzaro-átrendeződés következik , amihez egy 1,2-hidrid eltolás. Az epiprefensav esetében az 1,6- és 1,7-hidrid eltolódása nehézkes az átvitt hidrid és az akceptorcsoport transz -pozíciója miatt , ami magyarázza az epiprefenát viszonylag nagy stabilitását lúgos közegben [9] .
A prefensavat hidrogénnel hidrogénezzük platina katalizátor jelenlétében (3-4 mólekvivalens hidrogént ad hozzá). A nátrium-bór-hidrid (NaBH 4 ) redukálja a prefensavat a karbonilnál , a redukciós termék (prefenil-laktát) képes dekarboxilálni, egyidejűleg aromatizálni, vagy hozzáadni 2 mólekvivalens Br 2 -t [4] . A palládium - bárium -szulfát feletti hidrogénezés mindkét kettős kötés helyreállításához vezet a ciklusban [5] .
Korizmátból szintetizálódik [3,3] -szigmatróp átrendeződés eredményeként, túlnyomórészt enzimatikusan . A fenilalanin , a tirozin és sok más vegyület előanyaga (főleg aromás, amelyek többsége úgynevezett fenilpropanoidok nagy csoportjába van izolálva ) [10] .
Chorismat prefenátum FenilpiruvátAromatizálási és transzaminálási lépések szükségesek ahhoz, hogy a fenilalanin és a tirozin aminosavak prefenátból képződjenek . A prefenát (enzimatikus) aromatizálása során arilpiruvát ( fenilpiruvát , para - hidroxifenilpiruvát) keletkeznek, amelyek transzaminációs reakciói a megfelelő aminosavakat eredményezik. Abban az esetben, ha a transzamináció megelőzi az aromatizációt, akkor a fenilalanin és a tirozin aminosavak közös intermedierjeként és közvetlen prekurzoraként az aminosav-arogenát (arogénsav) képződik. Az alábbi diagramon a biokémiai átalakulások reverzibilitása látható a KEGG Pathway szerint, archiválva 2011. április 29-én a Wayback Machine -nél . Más források szerint csak a transzaminációs reakciók reverzibilisek, míg az aromatizációs reakciók jelentős szabadenergia- csökkenéssel járnak, és minden gyakorlati szempontból irreverzibilisnek tekinthetők. A korizmát prefenáttá való átalakulási reakciója minden gyakorlati célból termodinamikai okokból is irreverzibilisnek tekinthető [11] .
A prefenát esetében a legfontosabb aromás vegyületek prekurzorának jelzett funkciója mellett a gram-negatív baktériumok egyik leírt karboxitranszferáz reakciójában egy további karboxilcsoport donor funkciót is találtak . Ebben a reakcióban a karboxilcsoport a prefenátból az S-adenozil-l-metionin (SAM) metilcsoportjába kerül , ami karboxi- S - adenozil - l - metionin (Cx-SAM) képződéséhez vezet , míg maga a prefenát fenilpiruváttá aromatizálódik. Gram-negatív baktériumokban a Cx-SAM részt vesz a tRNS konzervált poszt-transzkripciós módosításaiban . A Cx-SAM karboximetil-csoport donor az uridin 5-hidroxi-acetiluridinné (5-karboximetoxiuridin, cmo 5 U, V) átalakulásában, amely bizonyos tRNS -ek antikodonhurkának vibrációs pozíciójában van jelen [12] .
Ezenkívül egyes szervezetekben nem aromás másodlagos metabolitok képződnek a prefenátból.
A prefenáthoz hasonló ciklohexadienolokat is felfedeztek a természetben. Szintézisük shikimát úton megy végbe (néhány magának a prefenátnak a módosulásával jön létre), mindegyik könnyen aromatizálódik, és prekurzorokként működnek a különböző metabolitok (főleg aromás, kisebb mértékben aliciklusos) bioszintézisében. A prefenáton kívül a következő természetes ciklohexadienolok, valamint hasonló ciklohexadienaminok ismertek:
Az is ismert, hogy a 2,5-ciklohexadienol szerkezetek bizonyos anyagcsere-folyamatokban is keletkeznek, amelyek nem kapcsolódnak közvetlenül a shikimát útvonalhoz. Az ilyen szerkezeti fragmentumok kialakulása számos alkaloid bioszintézisében játszik fontos szerepet . Egy ilyen típusú szerkezet például szalutaridinolt tartalmaz, amely a morfin bioszintézisének köztiterméke [1] .
A prefensavat először 1953 tavaszán-nyarán írták le [1] (1954 májusában publikálták) [4] , amikor a fenilalanin bioszintézis folyamatának aromatizációs szakaszát tanulmányozták (először az Escherichia coli mutánsban mutatták ki - a tenyésztési szűrletből izolálva). egy speciálisan kiválasztott törzs, amelyben a fenilalanin bioszintézis késői szakaszai). A prefenátot felfedező kutatók annak kémiai tulajdonságaira, IR-spektrumára és UV -abszorpciós spektrumára támaszkodva helyesen vezették le a vegyület szerkezetét, de nem vették figyelembe a sztereokémiát [4] . A shikimát út tanulmányozásában elért további előrelépés, a prefenát közvetlen prekurzorának, a chorizmátnak a felfedezése [18] és szerkezetének [19] leírása lehetővé tette a prefeninsav sztereokémiai konfigurációjának hozzárendelését , de ez a konfiguráció mégis hosszú ideig nem erősítették meg megbízhatóan megfelelő módszerekkel. 1977-ben [2] , majd 1979-ben [3] Samuel Danishefsky és munkatársai beszámoltak első sikeres teljes nátrium-prefenát szintézisükről és a prefeninsav konfigurációjának végső megerősítéséről. Danishefsky szintézise a Diels-Alder reakción alapul . A kapott anyag spektrális és kémiai tulajdonságaiban megegyezett a biogén eredetű prefenát kereskedelmi mintáival (Sigma Chemicals), ami a sikeres szintézis megerősítése volt [3] .
Bár a prefensav kémiai szintézisére javasolt módszer nem képes felvenni a versenyt biotechnológiai előállításával, hasznos lehet a prefensav szerkezeti analógjainak és származékainak szintézisében [20] , valamint izotóposan jelölt prefenát előállításában [2 ] ] . Hasonló módszerrel 1981-ben Danishefsky csoportja arogénsavat szintetizált (és e szintézis közbenső vegyületeként spiro-arogénsavat is kaptak, amely akkor még nem volt ismert, és csak később izolálták [13] metabolitként. ) [15] . Eddig a prefensav különböző szerkezeti analógjait szerezték be például a benzolok (a 9,10-dihidro- antracén szerkezeti származékai ) tanulmányozása céljából [9] .
Disav formában instabil, [2] kristályos formában sók formájában nyerik. Báriumsó (bárium-prefenát) formájában kapható [3] . Speciális Neurospora crassa , Escherichia coli , Bacillus subtilis , Salmonella typhimurium törzsek felhasználásával készült ; mind a tenyésztési szűrletekből való közvetlen izolálás, mind a metabolikus prekurzor ( korizmát ) előállítása, majd ennek kémiai vagy enzimatikus izomerizálása lehetséges [20] .
Alkalmazást talál a kutatási gyakorlatban.