| Prefenoiinihappo | |
|---|---|
| Kenraali | |
| Systemaattinen nimi |
cis -1-(2-karboksi-2-oksoetyyli)-4-hydroksisykloheksa-2,5-dieeni-1-karboksyylihappo |
| Chem. kaava | C10H10O6 _ _ _ _ _ |
| Fyysiset ominaisuudet | |
| Moolimassa | 226,18 g/ mol |
| Luokitus | |
| Reg. CAS-numero | 126-49-8 |
| PubChem | 1028 |
| Hymyilee | O=C(O)[C]/1(CC(=O)C(O)=O)\C=C/[C@H](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 |
| Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita. | |
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa | |
Prefeenihappo (lyhennetty englanniksi PPA ), jota kutsutaan myös prefenaatiksi anionisissa muodoissa , on orgaaninen kaksiemäksinen happo, joka muodostuu korismaatista , on esiaste fenyylialaniinin , tyrosiinin , fenyylipropanoidien ja muiden yhdisteiden biosynteesissä. Kuusijäseninen prefenaattikarbosykli aromatisoidaan helposti yhdessä vaiheessa. Fenyylipyruvaatin fenyyliryhmä , fenyylialaniini, tulee prefenaatista , mistä johtuu tämän yhdisteen nimi. Nimen ( prefeenihappo , prefenaatti ) ehdotti amerikkalainen mikrobiologi Bernard Davis, joka löysi shikimiinihapon metabolisen roolin ja josta tuli merkittävin hahmo shikimaattireitin varhaisissa tutkimuksissa (monet tärkeimmistä metaboliiteista, mukaan lukien prefeenihappo). , löydettiin hänen laboratoriosta) [1] .
Molekyylillä (symmetrisimmissä konformaatioissa ) on symmetriataso (joka kulkee 6 hiiliatomin 10:stä läpi), eli se on symmetrinen heijastusoperaation aikana ( akiraalinen ), mutta kuitenkin substituenttien erosta johtuen syklin kahdessa tetraedrisessä hiiliatomissa 2 diastereomeeriä ( cis - isomeeri ja trans - isomeeri). Luonnollinen prefeenihappo on cis - isomeeri (vanhemmat ryhmät - kvaternäärinen karboksyyli asemassa 1 ja hydroksyyliryhmä asemassa 4 - ovat orientoituneet renkaan "tason" toiselle puolelle, numerointi on systemaattisen nimen mukainen ). Epimeeri ( trans - isomeeri), nimeltään epiprefeenihappo , on syntetisoitu, [2] [3] kuten kävi ilmi, jotkut sen kemiallisista ominaisuuksista ovat merkittävästi erilaisia [3] . Prefeeniset, epiprefeeniset, isoprefeeniset, korismi- , 4-epikorismi-, isokorismiset ja pseudokorismihapot ovat isomeerisiä.
Molekyyli on akiraalinen, joten prefeenihapolla ei ole optista aktiivisuutta [4] . [5] Ei saatu vapaassa muodossa, eristetty suoloina. Prefeenihapon suolat (prefenaatit) ovat kiteisiä aineita. Bariumsuolat ovat niukkaliukoisia veteen, jota käytetään prefenaatin saostamiseen liuoksesta sen eristämiseksi [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] . Prefenaattiryhmien (natrium) protonit —OH ja —CH 2 —CO— vaihtuvat nopeasti D 2 O :n kanssa [3] .
13C - NMR ( D20 , 75 MHz), 8 (ppm): 203, 178, 173, 132 (kahdelle identtiselle hiiliatomille), 127 (kahdelle identtiselle hiiliatomille), 65, 49, 48.
Prefenoinen "happo" on stabiili vain dianionisessa muodossaan [2] . Altis spontaanille ja katalyyttiselle aromatisaatiolle [6] . Puoliintumisaika (puoliintumisaika) vesiliuoksessa huoneenlämpötilassa on 130 tuntia pH = 7,0, 13 tuntia pH = 6,0 ja 1,0 minuuttia 1 N HCl:ssä [4] .
Happamassa ympäristössä (jopa lievästi happamassa, jonka pH = 6) [4] huoneenlämpötilassa (ja kuumennettaessa) prefeenihappo aromatisoituu lähes kvantitatiivisesti fenyylipyruviinihapoksi (fenyylipyruvaatti) dehydraation dekarboksylaatioreaktion (konjugoitu eliminaatio ) seurauksena. ) [4] . [3] Emäksisessä ympäristössä kuumennettaessa prefeenihappo dekarboksyloituu, aromatisoituen para - hydroksifenyylimaitohapoksi ( para - hydroksifenyylilaktaatti, tässä kannattaa kiinnittää huomiota tämän yhdisteen rakenteelliseen samankaltaisuuteen para - hydroksifenyylipyruvaatin kanssa ) [3] . [5]
Prefeenihapon epimeerillä (epiprefeenihapolla) on hieman erilaiset kemialliset ominaisuudet: emäksisessä ympäristössä se ei käytännössä aromatisoidu, ja happamassa ympäristössä se muuttuu prefeenihapon tapaan helposti fenyylipyruviinihapoksi lähes kvantitatiivisella saannolla [3 ] . Epiprefeenihapon happaman aromatisoitumisnopeus on edelleen merkittävästi alhaisempi kuin prefeenihapon aromatisaationopeus samoissa olosuhteissa (ja myös alhaisempi kuin synteettisesti saatujen deoksoprefeeni- ja epideoksoprefeenihappojen, joista puuttuu ketonifunktionaalisuus), aromatisaationopeus, mikä liittyy mahdollisuus saada epiprefeenihapon hydroksyyliryhmä mukaan molekyylinsisäisen hemiketaalin muodostukseen (prefeenihapon tapauksessa molekyylinsisäisen hemiketaalin muodostuminen on vaikeaa reagoivien ryhmien trans -aseman vuoksi) [7] .
Vasta prefenaatin löytämisen, sen rakenteen ja emäksisten ominaisuuksien selvittämisen jälkeen tuli tiedoksi, että tämän tyyppiset sykloheksadienolit ovat happolabiileja ja erittäin alttiita aromatisaatiolle [6] . [5] Prefenaatin aromatisointireaktio fenyylipyruvaaiksi oli ensimmäinen aromatisointireaktio, joka tulkittiin yksityiskohtaisesti biokemiassa [1] .
Happaman aromatisoinnin mekanismiMainittu hapon katalysoima dehydraatiodekarboksylaatio (konjugoitu eliminaatio) etenee kahdessa vaiheessa (hydroksyyliryhmän protonoituminen aiheuttaa sen eliminoitumisen - tapahtuu palautuvaa dehydraatiota, jolloin muodostuu resonanttisesti stabiloitu karbokationi (areniumioni), sitten tapahtuu dekarboksylaatio, johon liittyy varausten neutralointi ja lopputuotteen - fenyylipyruvaatti - muodostuminen), [7] toisin kuin entsymaattinen (prefenaattidehydrataasi) reaktio, joka tapahtuu yhdessä ( poistuvat ryhmät irrotetaan synkronisesti, yhdessä vaiheessa) [8] .
oksoniumioni arenium-ioni Alkalisen aromatisoinnin mekanismiAlkaliselle aromatisaatiolle on ehdotettu ainakin 5 vaihtoehtoista muodollista mekanismia (merkitty kaavioon: a , b , c , d , e ). On huomattava, että prefenaatin epimeeri (epiprefenaatti) ei aromatisoitu emäksisessä väliaineessa (epiprefenaatin vesipitoisen alkalisen liuoksen happamoittaminen jopa kuumentamisen tai pitkäaikaisen altistuksen jälkeen johtaa lähes kvantitatiiviseen fenyylipyruvaattisaantoon , happaman aromatisoinnin tuotteeseen ). Kaikki 5 ehdotettua muodollista mekanismia eivät täytä tätä tosiasiaa, samoin kuin muut kokeelliset tulokset, vain 2 mekanismia ( d ja e ) vastaavat havaittuja tosiasioita. Molemmat mahdolliset mekanismit prefenaatin alkaliselle aromatisoinnille sisältävät C4-vedyn hydridisiirtymän , joka lopputuotteessa ( p - hydroksifenyylilaktaatti) esiintyy samassa tetraedrisessä hiiliatomissa kuin hydroksyyliryhmä. Jos kyseessä on toinen näistä kahdesta mekanismista ( e ) - hydridi siirtyy suoraan osoitettuun karbonyylihiiliatomiin (pelkistämällä sitä) 1,6-hydridisiirron seurauksena. Toisen mekanismin ( d ) tapauksessa hydridi siirtyy 1,7-hydridin siirtymän seurauksena karboksyyliryhmään, jolloin se pelkistyy aldehydiksi ( gemdioliksi ), jota seuraa Cannizzaron uudelleenjärjestely , johon liittyy 1,2-hydridisiirto. Epiprefeenihapolle 1,6- ja 1,7-hydridisiirrot ovat vaikeita siirretyn hydridin ja akseptoriryhmän trans -aseman vuoksi , mikä selittää epiprefenaatin suhteellisen korkean stabiilisuuden emäksisessä väliaineessa [9] .
Prefeenihappo hydrataan vedyllä platinakatalyytin läsnä ollessa (lisää 3-4 mooliekvivalenttia vetyä). Natriumboorihydridi (NaBH 4 ) pelkistää prefeenihapon karbonyylissä , pelkistystuote (prefenyylilaktaatti) pystyy dekarboksyloimaan, aromatisoimalla samalla tai lisäämään 2 mooliekvivalenttia Br 2 :ta [4] . Hydraus palladium - bariumsulfaatin päällä johtaa molempien kaksoissidosten palautumiseen syklissä [5] .
Se syntetisoituu korismaatista [3,3] -sigmatrooppisen uudelleenjärjestelyn seurauksena, pääasiassa entsymaattinen . Fenyylialaniinin , tyrosiinin ja monien muiden yhdisteiden (enimmäkseen aromaattisten, joista suurin osa on eristetty suureen ryhmään niin kutsuttuja fenyylipropanoideja ) esiaste [10] .
Chorismat prefenaatti FenyylipyruvaattiAromatisointi- ja transaminaatiovaiheita tarvitaan aminohappojen fenyylialaniinin ja tyrosiinin muodostamiseksi prefenaatista . Prefenaatin (entsymaattinen) aromatisointi tuottaa aryylipyruvaattihappoja ( fenyylipyruvaatti , para - hydroksifenyylipyruvaatti), joiden transaminaatioreaktiot tuottavat vastaavat aminohapot. Siinä tapauksessa, että transaminaatio edeltää aromatisaatiota, muodostuu aminohappoarogenaatti (arogeenihappo) aminohappojen fenyylialaniinin ja tyrosiinin yhteiseksi välituotteeksi ja suoraksi prekursoriksi. Alla olevassa kaaviossa biokemiallisten muutosten palautuvuus on todettu KEGG Pathwayn mukaan, joka on arkistoitu 29. huhtikuuta 2011 Wayback Machinessa . Muiden lähteiden mukaan vain transaminaatioreaktiot ovat palautuvia, kun taas aromatisointireaktioihin liittyy merkittävä vapaan energian väheneminen, ja niitä voidaan pitää peruuttamattomina kaikissa käytännön tarkoituksissa. Korismaatin konversioreaktiota prefenaatiksi kaikkiin käytännön tarkoituksiin voidaan pitää myös peruuttamattomana termodynaamisista syistä [11] .
Prefenaatille tärkeimpien aromaattisten yhdisteiden esiasteen osoitetun funktion lisäksi löydettiin karboksyyliryhmän luovuttajan lisätoiminto yhdessä kuvatuista gram-negatiivisten bakteerien karboksitransferaasireaktioista . Tässä reaktiossa karboksyyliryhmä siirtyy prefenaatista S-adenosyyli-l-metioniinin (SAM) metyyliryhmään , mikä johtaa karboksi - S - adenosyyli - l -metioniinin (Cx-SAM) muodostumiseen. itse prefenaatti aromatisoidaan fenyylipyruvaaiksi. Gram-negatiivisissa bakteereissa Cx-SAM osallistuu tRNA :n konservoituneisiin transkription jälkeisiin modifikaatioihin . Cx-SAM on karboksimetyyliryhmän luovuttaja uridiinin muuntamisessa 5-hydroksiasetyyliuridiiniksi (5-karboksimetoksiuridiini, cmo 5 U, V), jota esiintyy tiettyjen tRNA :iden antikodonisilmukan värähtelyasennossa [12] .
Lisäksi joissakin organismeissa prefenaatista muodostuu ei-aromaattisia sekundaarisia metaboliitteja.
Myös muita prefenaatin kaltaisia sykloheksadienoleja on löydetty luonnosta. Niiden synteesi tapahtuu shikimaattireittiä (jotkut muodostuvat itse prefenaatin modifioimalla), ne kaikki ovat helposti aromatisoituvia ja toimivat esiasteina eri metaboliittien (pääasiassa aromaattisten, vähemmässä määrin alisyklisten) biosynteesissä. Prefenaatin lisäksi tunnetaan seuraavat luonnolliset sykloheksadienolit sekä samankaltaiset sykloheksadienamiinit:
Tiedetään myös, että 2,5-sykloheksadienolirakenteita syntyy myös joissakin aineenvaihduntaprosesseissa, jotka eivät liity suoraan shikimaattireittiin. Tällaisten rakenteellisten fragmenttien muodostumisella on tärkeä rooli useiden alkaloidien biosynteesissä . Tämän tyyppinen rakenne sisältää esimerkiksi salutaridinolia, joka on morfiinin biosynteesin välituote [1] .
Prefeenihappo kuvattiin ensimmäisen kerran kevät-kesällä 1953 [1] (julkaistu toukokuussa 1954) [4] , kun tutkittiin fenyylialaniinin biosynteesiprosessin aromatisaatiovaihetta (se havaittiin ensimmäisen kerran Escherichia coli -mutantissa - eristettynä viljelysuodosta erityisesti valitusta kannasta, jossa fenyylialaniinin biosynteesin myöhäiset vaiheet). Prefenaatin löytäneet tutkijat päättelivät sen kemiallisiin ominaisuuksiin, IR-spektreihin ja UV - absorptiospektreihin perustuen oikein yhdisteen rakenteen, mutta eivät ottaneet huomioon stereokemiaa [4] . Edistyminen shikimaattireitin tutkimuksessa, prefenaatin välittömän esiasteen, korismaatin , löytö [18] ja rakenteen [19] kuvaus mahdollisti stereokemiallisen konfiguraation määrittämisen prefeenihapolle , mutta silti tämä konfiguraatio oli ei ole varmistettu luotettavasti oikeilla menetelmillä melko pitkään aikaan. Vuonna 1977 [2] ja uudelleen vuonna 1979 [3] Samuel Danishefsky ja työtoverit raportoivat ensimmäisestä onnistuneesta natriumprefenaatin kokonaissynteesistään ja lopullisesta vahvistuksestaan prefeenihapon konfiguraatiosta. Danishefskyn synteesi perustuu Diels-Alderin reaktioon . Saatu aine oli spektri- ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan identtinen biogeenistä alkuperää olevien prefenaatin kaupallisten näytteiden (Sigma Chemicals) kanssa, mikä osoitti onnistuneen synteesin [3] .
Vaikka ehdotettu menetelmä prefeenihapon kemialliseen synteesiin ei pysty kilpailemaan sen bioteknisen tuotannon kanssa, se voi olla hyödyllinen prefeenihapon rakenteellisten analogien ja johdannaisten synteesissä [20] sekä isotooppisesti leimatun prefenaatin saamiseksi [2 ] ] . Samankaltaisella menetelmällä vuonna 1981 Danishefskyn ryhmä syntetisoi arogeenihappoa (ja myös tämän synteesin välituotteena saatiin spiro-arogeenihappoa, joka tuolloin ei vielä ollut tiedossa ja eristettiin vasta myöhemmin [13] metaboliittina ) [15] . Tähän mennessä on saatu erilaisia prefeenihapon rakenteellisia analogeja esimerkiksi bentsolien (9,10- dihydroantraseenin rakenteelliset johdannaiset ) tutkimiseen [9] .
Se on epästabiili dihappomuodossa, [2] kiteisessä muodossa se saadaan suoloina. Saatavana bariumsuolana (bariumprefenaatti) [3] . Tuotettu käyttämällä erityisiä Neurospora crassa- , Escherichia coli- , Bacillus subtilis- ja Salmonella typhimurium -kantoja ; Sekä suora eristäminen viljellyistä suodoksista että metabolisen esiasteen ( korismaatin ) valmistaminen ja sen myöhempi kemiallinen tai entsymaattinen isomerointi ovat mahdollisia [20] .
Löytää sovelluksen tutkimuskäytännössä.