Освен за технологиите, синтезът на гликозиди винаги е представлявал интерес и за науката, тъй като това е много често срещана реакция в природата. Последните статии на Schmidt и Toshima и Tatsuta, както и много препратки, цитирани там, коментират широк спектър от синтетични потенциали.
При синтеза на гликозиди многозахарни компоненти се комбинират с нуклеофили, като алкохоли, въглехидрати или протеини, ако се изисква селективна реакция с една от хидроксилните групи на въглехидрата, всички други функции трябва да бъдат защитени в първа стъпка. По принцип ензимните или микробните процеси, поради тяхната селективност, могат да заменят сложните етапи на химическа защита и премахване на защитата за селективно от гликозиди в региони. Въпреки това, поради дългата история на алкил гликозидите, приложението на ензими в синтеза на гликозиди не е широко проучено и приложено.
Поради капацитета на подходящите ензимни системи и високите производствени разходи, ензимният синтез на алкил полигликозиди не е готов за надграждане до индустриално ниво и се предпочитат химичните методи.
През 1870 г. MAcolley съобщава за синтеза на "ацетохлорхидроза" (1, фигура 2) чрез реакция на декстроза (глюкоза) с ацетил хлорид, което в крайна сметка води до историята на пътищата за синтез на гликозиди.
По-късно беше установено, че тетра-0-ацетил-глюкопиранозил халидите (ацетохалоглюкозите) са полезни междинни продукти за стереоселективния синтез на чисти алкил глюкозиди. През 1879 г. Артър Майкъл успява да подготви определени, кристализиращи се арил гликозиди от междинните продукти и фенолатите на Коли. (Aro-, Фигура 2).
През 1901 г. синтезът на Майкъл до широк спектър от въглехидрати и хидроксилни агликони, когато W. Koenigs и E. Knorr представят своя подобрен процес на стереоселективно гликозидиране (Фигура 3). Реакцията включва SN2 заместване при аномерния въглерод и протича стереоселективно с инверсия на конфигурацията, произвеждайки например α-глюкозид 4 от β-аномера на ацеобромоглюкозния междинен продукт 3. Синтезът на Koenigs-Knorr се осъществява в присъствието на сребро или живачни промотори.
През 1893 г. Емил Фишер предлага принципно различен подход към синтеза на алкил глюкозиди. Този процес сега е добре известен като „гликозидиране на Фишер“ и включва киселинно катализирана реакция на глюкози с алкохоли. Всяко историческо описание трябва да включва също и първия докладван опит на A.Gautier през 1874 г. за превръщане на декстроза с безводен етанол в присъствието на солна киселина. Поради подвеждащ елементен анализ, Готие смята, че е получил „диглюкоза“. Фишер по-късно демонстрира, че "диглюкозата" на Готие всъщност е главно етил глюкозид (Фигура 4).
Фишер дефинира правилно структурата на етил глюкозида, както може да се види от предложената историческа фуранозидна формула. В действителност, продуктите на гликозидиране на Fischer са сложни, предимно равновесни смеси от α/β-аномери и изомери на пиранозид/фуранозид, които също съдържат произволно свързани гликозидни олигомери.
Съответно, отделните молекулярни видове не са лесни за изолиране от реакционните смеси на Фишер, което е било сериозен проблем в миналото. След известно подобрение на този метод на синтез, Фишер впоследствие възприема синтеза на Кьонигс-Нор за своите изследвания. Използвайки този процес, E.Fischer и B.Helferich са първите, които съобщават за синтеза на дълговерижен алкил глюкозид, проявяващ повърхностноактивни свойства през 1911 г.
Още през 1893 г. Фишер правилно забелязва основните свойства на алкил гликозидите, като тяхната висока стабилност към окисление и хидролиза, особено в силно алкална среда. И двете характеристики са ценни за алкил полигликозиди в приложения на повърхностноактивни вещества.
Изследванията, свързани с реакцията на гликозидиране, все още продължават и в близкото минало са разработени няколко интересни пътя до гликозидите. Някои от процедурите за синтез на гликозиди са обобщени на фигура 5.
Като цяло, процесите на химическо гликозидиране могат да бъдат разделени на процеси, водещи до комплексни олигомерни равновесия в киселинно катализиран гликозилен обмен.
Реакции върху подходящо активирани въглехидратни субстрати (гликозидни реакции на Фишер и реакции на флуороводород (HF) с незащитени въглехидратни молекули) и кинетично контролирани, необратими и главно стереотаксични реакции на заместване. Втори тип процедура може да доведе до образуването на отделни видове, а не в сложни смеси от реакции, особено когато се комбинира с техники за консервационна група. Въглехидратите могат да напуснат групи върху ектопичния въглерод, като халогенни атоми, сулфонили или трихлороацетимидатни групи, или да бъдат активирани от бази преди превръщането в трифлатни естери.
В конкретния случай на гликозидиране във флуороводород или в смеси от флуороводород и пиридин (пиридин поли [флуороводород]), гликозилови флуориди се образуват in situ и плавно се превръщат в гликозиди, например с алкохоли. Доказано е, че флуороводородът е силно активираща, неразграждаща се реакционна среда; равновесна автокондензация (олигомеризация) се наблюдава подобно на процеса на Фишер, въпреки че механизмът на реакцията вероятно е различен.
Химически чистите алкилгликозиди са подходящи само за много специални приложения. Например, алкил гликозиди са използвани успешно в биохимични изследвания за кристализация на мембранни протеини, като триизмерна кристализация на порин и бактериородопсин в присъствието на октил β-D-глюкопиранозид (по-нататъшни експерименти, базирани на тази работа, водят до Нобелова награда награда по химия за Дайзенхофер, Хубер и Мишел през 1988 г.).
По време на разработването на алкил полигликозиди са използвани стереоселективни методи в лабораторен мащаб за синтезиране на различни моделни вещества и за изследване на техните физикохимични свойства, поради тяхната сложност, нестабилността на междинните продукти и количеството и критичния характер на процеса отпадъци, синтези от типа Koenigs-Knorr и други техники за защитни групи биха създали значителни технически и икономически проблеми. Процесите от типа на Фишер са сравнително по-малко сложни и по-лесни за извършване в търговски мащаб и съответно са предпочитаният метод за производство на алкил полигликозиди в голям мащаб.
Време за публикуване: 12 септември 2020 г