| Præphensyre | |
|---|---|
| Generel | |
| Systematisk navn |
cis- 1-(2-carboxy-2-oxoethyl)-4-hydroxycyclohexa-2,5-dien-1-carboxylsyre |
| Chem. formel | C10H10O6 _ _ _ _ _ |
| Fysiske egenskaber | |
| Molar masse | 226,18 g/ mol |
| Klassifikation | |
| Reg. CAS nummer | 126-49-8 |
| PubChem | 1028 |
| SMIL | 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 |
| Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet. | |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
Prefensyre (forkortet engelsk PPA ), også kaldet præphenat i anioniske former , er en organisk dibasisk syre, dannet af chorismat , er en forløber i biosyntesen af phenylalanin , tyrosin , phenylpropanoider og andre forbindelser. Den seks-leddede præphenat- carbocyklus aromatiseres let i et trin. Phenylgruppen af phenylpyruvat , phenylalanin, kommer fra præ - phenat , deraf navnet på denne forbindelse. Navnet ( prephenic acid , prephenate ) blev foreslået af Bernard Davis, en amerikansk mikrobiolog, der opdagede den metaboliske rolle af shikiminsyre og blev den mest fremtrædende figur i de tidlige undersøgelser af shikimat-vejen (mange af de vigtigste metabolitter, herunder prepheninsyre). , blev opdaget i hans laboratorium) [1] .
Molekylet (i de mest symmetriske konformationer ) har et symmetriplan (som passerer gennem 6 ud af 10 carbonatomer), det vil sige, det er symmetrisk under reflektionsoperationen ( achiral ), men ikke desto mindre på grund af forskellen i substituenter ved to tetraedriske carbonatomer i cyklussen, 2 diastereomerer ( cis - isomer og trans - isomer). Naturlig prefensyre er en cis - isomer (de ældre grupper - den kvaternære carboxyl i position 1 og hydroxylgruppen i position 4 - er orienteret til den ene side af "planet" af ringen, nummereringen er i overensstemmelse med det systematiske navn ). En epimer ( trans - isomer), kaldet epiprefensyre , er blevet syntetiseret, [2] [3] som det viste sig, er nogle af dens kemiske egenskaber væsentligt forskellige [3] . Prefeniske, epiprefeniske, isoprefeniske, chorismiske , 4-epikorismiske, isochorismiske og pseudochorismiske syrer er isomere.
Molekylet er achiralt, så præfensyre har ikke optisk aktivitet [4] . [5] Ikke opnået i fri form, isoleret i form af salte. Salte af prefensyre (prephenater) er krystallinske stoffer. Bariumsalte er tungtopløselige i vand, som bruges til at udfælde præphenat fra opløsning for at isolere det [ 4] .
1H - NMR ( D20 , 250 MHz ) , 5 (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] . Protonerne —OH og —CH 2 —CO— i præphenatgrupperne (natrium) udveksles hurtigt med D 2 O [3] .
13C - NMR ( D20 , 75 MHz), δ (ppm): 203, 178, 173, 132 (for to identiske carbonatomer), 127 (for to identiske carbonatomer), 65, 49, 48.
Den præphenoiske "syre" er kun stabil i sin dianioniske form [2] . Tilbøjelig til spontan og katalytisk aromatisering [6] . Halveringstiden (halveringstiden) i en vandig opløsning ved stuetemperatur er 130 timer ved pH = 7,0, 13 timer ved pH = 6,0 og 1,0 minutter i 1 N HCl [4] .
I et surt miljø (selv i et let surt miljø ved pH = 6) [4] ved stuetemperatur (og ved opvarmning), aromatiserer præfensyre næsten kvantitativt til phenylpyrodruesyre (phenylpyruvat) som et resultat af dehydreringsdecarboxyleringsreaktionen (konjugeret eliminering ) . ) [4] . [3] I et alkalisk miljø, når det opvarmes, decarboxylerer prefensyre, og aromatiserer til para - hydroxyphenyl-mælkesyre ( para - hydroxyphenyllactate, her er det værd at være opmærksom på denne forbindelses strukturelle lighed med para - hydroxyphenylpyruvat ) [3] . [5]
Epimeren af prefensyre (epiprefensyre) har noget anderledes kemiske egenskaber: i et alkalisk miljø aromatiserer den praktisk talt ikke, og i et surt miljø, ligesom prefensyre, omdannes den let til phenylpyrodruesyre med et næsten kvantitativt udbytte [3 ] . Hastigheden for sur aromatisering af epiprefensyre er stadig betydeligt lavere end aromatiseringshastigheden af prefensyre under de samme betingelser (og også lavere end aromatiseringshastigheden af syntetisk opnåede deoxoprefensyrer og epideoxoprefensyrer, der mangler ketonfunktionalitet), som er forbundet med mulighed for at involvere hydroxylgruppen af epiprefensyre i dannelsen intramolekylært hemiketal (i tilfælde af prefeninsyre er dannelsen af et intramolekylært hemiketal vanskelig på grund af trans -positionen af de reagerende grupper) [7] .
Først efter opdagelsen af præphenatet, etableringen af dets struktur og grundlæggende egenskaber, blev det kendt, at cyclohexadienoler af denne type er syrelabile og ekstremt tilbøjelige til at aromatisere [6] . [5] Aromatiseringsreaktionen af præphenat til phenylpyruvat var den første aromatiseringsreaktion, der blev fortolket i detaljer i biokemi [1] .
Mekanisme for syrearomatiseringDen nævnte dehydreringsdecarboxylering (konjugeret eliminering), katalyseret af en syre, forløber i to trin (protonering af hydroxylgruppen forårsager dens eliminering - reversibel dehydrering sker med dannelsen af en resonansstabiliseret carbocation ( areniumion ), derefter sker decarboxylering, ledsaget af neutraliseringen af ladninger og dannelsen af det endelige produkt - phenylpyruvat), [7] i modsætning til den enzymatiske (prephenatdehydratase) reaktion, der sker i forening ( afgangsgrupper spaltes synkront, i ét trin) [8] .
oxoniumion areniumion Mekanisme for alkalisk aromatiseringTil alkalisk aromatisering er der foreslået mindst 5 alternative formelle mekanismer (markeret på diagrammet: a , b , c , d , e ). Det skal bemærkes, at epimeren af præphenat (epiprephenat) ikke aromatiserer i et alkalisk medium (forsuring af en vandig alkalisk opløsning af epiprephenat, selv efter opvarmning eller langvarig eksponering, fører til et næsten kvantitativt udbytte af phenylpyruvat , et produkt af sur aromatisering ). Ikke alle 5 foreslåede formelle mekanismer opfylder dette faktum, såvel som andre eksperimentelle resultater, kun 2 mekanismer ( d og e ) svarer til de observerede fakta. Begge mulige mekanismer for den alkaliske aromatisering af præphenatet involverer en hydridforskydning af C4-hydrogenet, som i slutproduktet ( p - hydroxyphenyllactat) forekommer ved det samme tetraedriske carbonatom som hydroxylgruppen. I tilfælde af en af disse to mekanismer ( e ) - overføres hydridet direkte til det angivne carbonylcarbonatom (reducerer det) som et resultat af et 1,6-hydridskifte. I tilfælde af en anden mekanisme ( d ) overføres hydridet som et resultat af et 1,7-hydridskift til en carboxylgruppe, hvilket reducerer det til et aldehyd ( gemdiol ), efterfulgt af en Cannizzaro-omlejring , som er ledsaget af en 1,2-hydridskift. For epiprefensyre er 1,6- og 1,7-hydridskift vanskelige på grund af transpositionen af det overførte hydrid og acceptorgruppen, hvilket forklarer den relativt høje stabilitet af epiprefenat i et alkalisk medium [9] .
Prefensyre hydrogeneres med hydrogen i nærvær af en platinkatalysator (tilsætter 3-4 molækvivalenter hydrogen). Natriumborhydrid (NaBH 4 ) reducerer præfensyre ved carbonyl , reduktionsproduktet (prephenyllactat) er i stand til at decarboxylere, aromatisere på samme tid eller tilsætte 2 molækvivalenter Br 2 [4] . Hydrogenering over palladium - bariumsulfat fører til genoprettelse af begge dobbeltbindinger i cyklussen [5] .
Det syntetiseres fra chorismat som et resultat af en [3,3] -sigmatropisk omlejring, overvejende enzymatisk . Forstadier til phenylalanin , tyrosin og mange andre forbindelser (for det meste aromatiske, hvoraf de fleste er isoleret i en stor gruppe af såkaldte phenylpropanoider ) [10] .
Chorismat præphenat PhenylpyruvatAromatiserings- og transamineringstrin er nødvendige for at danne aminosyrerne phenylalanin og tyrosin fra præphenat . Den (enzymatiske) aromatisering af præphenatet producerer arylpyruvinsyrer ( phenylpyruvat , para - hydroxyphenylpyruvat), hvis transamineringsreaktioner giver de tilsvarende aminosyrer. I det tilfælde, hvor transaminering går forud for aromatisering, dannes aminosyren arogenat (arogensyre) som en fælles mellemliggende og direkte forløber for aminosyrerne phenylalanin og tyrosin. I diagrammet nedenfor er reversibiliteten af biokemiske transformationer noteret i henhold til KEGG Pathway Arkiveret 29. april 2011 på Wayback Machine . Ifølge andre kilder er kun transamineringsreaktioner reversible, mens aromatiseringsreaktioner er ledsaget af et betydeligt fald i fri energi og kan betragtes som irreversible til alle praktiske formål. Omdannelsesreaktionen af chorismat til præphenat til alle praktiske formål kan også betragtes som irreversibel af termodynamiske årsager [11] .
For præphenat blev der ud over den angivne funktion af precursoren for de vigtigste aromatiske forbindelser fundet en yderligere funktion af en carboxylgruppedonor i en af de beskrevne carboxytransferasereaktioner af gram-negative bakterier . I denne reaktion overføres carboxylgruppen fra præphenatet til methylgruppen i S-adenosyl- l - methionin (SAM), hvilket fører til dannelsen af carboxy - S -adenosyl - l -methionin (Cx-SAM), mens selve præphenatet er aromatiseret til phenylpyruvat. I gramnegative bakterier er Cx-SAM involveret i konserverede post-transkriptionelle modifikationer af tRNA . Cx-SAM er en carboxymethylgruppedonor i modifikationen af uridin til 5-hydroxyacetyluridin (5-carboxymethoxyuridin, cmo 5 U, V), som er til stede i vibrationspositionen af antikodonsløjfen af visse tRNA'er [12] .
Derudover dannes ikke-aromatiske sekundære metabolitter fra præphenat i nogle organismer.
Andre cyclohexadienoler, der ligner præphenat, er også blevet opdaget i naturen. Deres syntese sker ad shikimatruten (nogle dannes ved modifikation af selve præphenatet), alle er let aromatiserede og fungerer som forløbere i biosyntesen af forskellige metabolitter (hovedsageligt aromatiske, i mindre grad alicykliske). Ud over præphenat kendes følgende naturlige cyclohexadienoler samt lignende cyclohexadienaminer:
Det er også kendt, at 2,5-cyclohexadienol-strukturer også opstår i nogle metaboliske processer, som ikke er direkte relateret til shikimat-vejen. Dannelsen af sådanne strukturelle fragmenter spiller en vigtig rolle i biosyntesen af en række alkaloider . En struktur af denne type indeholder for eksempel salutaridinol, et mellemprodukt i biosyntesen af morfin [1] .
Prefensyre blev første gang beskrevet i foråret-sommeren 1953 [1] (udgivet i maj 1954) [4] da man studerede aromatiseringsstadiet af phenylalanin-biosynteseprocessen (den blev først påvist i Escherichia coli -mutanten - isoleret fra kulturfiltratet af en specielt udvalgt stamme, hvor de sene stadier af phenylalanin biosyntese). Forskerne, der opdagede præphenatet, baseret på dets kemiske egenskaber, IR-spektre og UV- absorptionsspektre, udledte korrekt strukturen af forbindelsen, men uden at tage stereokemi i betragtning [4] . Yderligere fremskridt i studiet af shikimat-vejen , opdagelsen [18] og beskrivelsen af strukturen [19] af den umiddelbare forløber for præphenat, chorismat , gjorde det muligt at tildele en stereokemisk konfiguration til præfensyre , men stadig var denne konfiguration ikke pålideligt bekræftet af korrekte metoder i ret lang tid. I 1977, [2] og igen i 1979 [3] rapporterede Samuel Danishefsky og kolleger deres første vellykkede totale syntese af natriumprephenat og deres endelige bekræftelse af konfigurationen af præfensyre. Danishefskys syntese er baseret på Diels-Alder-reaktionen . Det resulterende stof var identisk med hensyn til spektrale og kemiske egenskaber med kommercielle prøver (Sigma Chemicals) af prephenat af biogen oprindelse, hvilket var en bekræftelse af vellykket syntese [3] .
Selvom den foreslåede metode til kemisk syntese af prefensyre ikke er i stand til at konkurrere med dens bioteknologiske produktion, kan den være nyttig til syntese af strukturelle analoger og derivater af prefensyre, [20] såvel som til opnåelse af isotopmærket præphenat [2 ] . Ved en lignende metode i 1981 syntetiserede Danishefskys gruppe arogensyre (og også, som en mellemforbindelse i denne syntese, blev spiro-arogensyre opnået, som på det tidspunkt endnu ikke var kendt og først blev isoleret senere [13] som en metabolit ) [15] . Til dato er der opnået forskellige strukturelle analoger af prefensyre med det formål at studere for eksempel benzoler (strukturelle derivater af 9,10- dihydroantracen ) [9] .
Det er ustabilt i disyreform, [2] i krystallinsk form opnås det i form af salte. Tilgængelig i form af bariumsalt (bariumpræphenat) [3] . Fremstillet ved hjælp af specielle stammer af Neurospora crassa , Escherichia coli , Bacillus subtilis , Salmonella typhimurium ; både direkte isolering fra kulturelle filtrater og fremstilling af en metabolisk precursor ( chorismat ) med dens efterfølgende kemiske eller enzymatiske isomerisering er mulig [20] .
Finder anvendelse i forskningspraksis.