| Acid prefenoic | |
|---|---|
| General | |
Nume sistematic |
cis -1-(2-carboxi-2-oxoetil)-4-hidroxiciclohexa-2,5-dienă-1-acid carboxilic |
| Chim. formulă | C10H1006 _ _ _ _ _ |
| Proprietăți fizice | |
| Masă molară | 226,18 g/ mol |
| Clasificare | |
| Reg. numar CAS | 126-49-8 |
| PubChem | 1028 |
| ZÂMBETE | 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 |
| Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel. | |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Acidul prefenic ( abreviar în engleză PPA ), numit și prefenat în forme anionice , este un acid organic dibazic, format din corismat , este un precursor în biosinteza fenilalaninei , tirozinei , fenilpropanoidelor și a altor compuși. Carbociclul prefenat cu șase membri este ușor de aromatizat într-o singură etapă. Gruparea fenil a fenilpiruvatului , fenilalanina, provine de la prefenat , de unde și numele acestui compus. Denumirea ( acid prefenic , prefenat ) a fost propusă de Bernard Davis, un microbiolog american care a descoperit rolul metabolic al acidului shikimic și a devenit cea mai proeminentă figură în primele studii ale căii shikimatului (mulți dintre cei mai importanți metaboliți, inclusiv acidul prefenic). , au fost descoperite în laboratorul său) [1] .
Molecula (în cele mai simetrice conformații ) are un plan de simetrie (care trece prin 6 din 10 atomi de carbon), adică este simetrică în timpul operației de reflexie ( achiral ), dar, cu toate acestea, datorită diferenței de substituenți la doi atomi de carbon tetraedrici ai ciclului, 2 diastereomeri ( izomer cis și izomer trans ). Acidul prefenic natural este un izomer cis (grupele mai vechi - carboxilul cuaternar în poziția 1 și gruparea hidroxil în poziția 4 - sunt orientate pe o parte a „planului” inelului, numerotarea este în conformitate cu denumirea sistematică ). Un epimer ( trans - izomer), numit acid epiprefenic , a fost sintetizat, [2] [3] după cum sa dovedit, unele dintre proprietățile sale chimice sunt semnificativ diferite [3] . Acizii prefenic, epiprefenic, izoprefenic, corismic , 4-epichorismic, izochorismic și pseudochorismic sunt izomeri.
Molecula este achirală, deci acidul prefenic nu are activitate optică [4] . [5] Neobținut sub formă liberă, izolat sub formă de săruri. Sărurile acidului prefenic (prefenații) sunt substanțe cristaline. Sărurile de bariu sunt puțin solubile în apă, care este folosită pentru a precipita prefenatul din soluție pentru a-l izola [4] .
1H - RMN ( D20 , 250 MHz), 5 (ppm): 3,12 (2H, s), 4,50 (1H, tt, J1 = 3,1 , J2 = 1,4 Hz ), 5,92 (2H, ddJ1 ) = 10,4, J2 = 3,1 Hz), 6,01 (2H, d, J1 = 10,4, J2 = 1,4 Hz) [3] . Protonii —OH și —CH 2 —CO— ai grupărilor prefenat (sodiu) se schimbă rapid cu D 2 O [3] .
13C - RMN ( D20, 75 MHz), 5 (ppm): 203, 178, 173, 132 (pentru doi atomi de carbon identici), 127 (pentru doi atomi de carbon identici), 65, 49, 48.
„Acidul” prefenoic este stabil doar în forma sa dianionică [2] . Predispus la aromatizare spontană și catalitică [6] . Timpul de înjumătățire (timp de înjumătățire) într-o soluție apoasă la temperatura camerei este de 130 ore la pH = 7,0, 13 ore la pH = 6,0 și 1,0 minute în HCI 1 N [4] .
Într-un mediu acid (chiar și într-unul ușor acid la pH = 6) [4] la temperatura camerei (și când este încălzit), acidul prefenic aromatizează aproape cantitativ în acid fenilpiruvic (fenilpiruvat) ca urmare a reacției de deshidratare decarboxilare ( eliminare conjugată). ) [4] . [3] Într-un mediu alcalin, atunci când este încălzit, acidul prefenic se decarboxilează, aromatizând în acid para - hidroxifenilactic ( para - hidroxifenilactat, aici merită să se acorde atenție asemănării structurale a acestui compus cu para - hidroxifenilpiruvat ) [3] . [5]
Epimerul acidului prefenic (acidul epiprefenic) are proprietăți chimice oarecum diferite: într-un mediu alcalin, practic nu se aromatizează, iar în mediu acid, similar acidului prefenic, se transformă ușor în acid fenilpiruvic cu un randament aproape cantitativ [3]. ] . Rata de aromatizare acidă a acidului epiprefenic este încă semnificativ mai mică decât rata de aromatizare a acidului prefenic în aceleași condiții (și, de asemenea, mai mică decât rata de aromatizare a acizilor deoxoprefenic și epideoxoprefenic obținuți sintetic, fără funcționalitate cetonică), care este asociată cu posibilitatea implicării grupării hidroxil a acidului epiprefenic în formarea hemiketalului intramolecular ( în cazul acidului prefenic, formarea unui hemiketal intramolecular este dificilă din cauza trans -poziției grupărilor de reacție) [7] .
Abia după descoperirea prefenatului, stabilirea structurii și proprietăților sale de bază, a devenit cunoscut faptul că ciclohexadienolii de acest tip sunt acid-labili și extrem de predispuși la aromatizare [6] . [5] Reacția de aromatizare a prefenatului la fenilpiruvat a fost prima reacție de aromatizare care a fost interpretată în detaliu în biochimie [1] .
Mecanismul de aromatizare acidăDeshidratarea menționată decarboxilarea (eliminarea conjugată), catalizată de un acid, se desfășoară în două etape (protonarea grupării hidroxil determină eliminarea acesteia - are loc deshidratarea reversibilă cu formarea unui carbocation stabilizat rezonant (ion de arenium), apoi are loc decarboxilarea, însoțită de neutralizarea sarcinilor și formarea produsului final - fenilpiruvat), [ 7] spre deosebire de reacția enzimatică (prefenat dehidratază), care are loc în mod concert ( grupurile de părăsire sunt scindate sincron, într-o singură etapă) [8] .
ion de oxoniu ion areniu Mecanism de aromatizare alcalinaPentru aromatizarea alcalină au fost propuse cel puțin 5 mecanisme formale alternative (marcate pe diagramă: a , b , c , d , e ). Trebuie remarcat faptul că epimerul de prefenat (epiprefenat) nu aromatizează într-un mediu alcalin (acidificarea unei soluții alcaline apoase de epiprefenat, chiar și după încălzire sau expunere prelungită, duce la un randament aproape cantitativ de fenilpiruvat , un produs al aromatizării acide). ). Nu toate cele 5 mecanisme formale propuse satisfac acest fapt, precum și alte rezultate experimentale, doar 2 mecanisme ( d și e ) corespund faptelor observate. Ambele mecanisme posibile pentru aromatizarea alcalină a prefenatului implică o schimbare de hidrură a hidrogenului C4, care în produsul final ( p - hidroxifenil lactat) are loc la același atom de carbon tetraedric ca gruparea hidroxil. În cazul unuia dintre aceste două mecanisme ( e ) - hidrura este transferată direct la atomul de carbon carbonil indicat (reducându-l) ca urmare a unei deplasări de 1,6 hidrură. În cazul unui alt mecanism ( d ), hidrura este transferată ca urmare a unei deplasări de 1,7-hidrură la o grupare carboxil, reducând-o la o aldehidă ( gemdiol ), urmată de o rearanjare Cannizzaro , care este însoțită de un Deplasare 1,2-hidrură. Pentru acidul epiprefenic, deplasările 1,6- și 1,7-hidrură sunt dificile din cauza poziției trans a hidrurii transferate și a grupului acceptor, ceea ce explică stabilitatea relativ ridicată a epiprefenatului într-un mediu alcalin [9] .
Acidul prefenic este hidrogenat cu hidrogen în prezența unui catalizator de platină (adaugă 3-4 echivalenți molari de hidrogen). Borhidrură de sodiu (NaBH 4 ) reduce acidul prefenic la carbonil , produsul de reducere (prefenilactat) este capabil să se decarboxileze, aromatizând în același timp, sau să adauge 2 echivalenți molari de Br 2 [4] . Hidrogenarea peste sulfat de paladiu - bariu duce la refacerea ambelor legături duble în ciclu [5] .
Este sintetizat din corismat ca urmare a unei rearanjamente [3,3] -sigmatropice , predominant enzimatice . Precursor al fenilalaninei , al tirozinei și al multor alți compuși (în mare parte aromatici, majoritatea fiind izolați într-un grup mare de așa-numiți fenilpropanoizi ) [10] .
Chorismat prefenat FenilpiruvatEtapele de aromatizare și transaminare sunt necesare pentru a forma aminoacizii fenilalanină și tirozină din prefenat . Aromatizarea (enzimatică) a prefenatului produce acizi arilpiruvici ( fenilpiruvat , para - hidroxifenilpiruvat), ale căror reacții de transaminare dau aminoacizii corespunzători. În cazul în care transaminarea precede aromatizarea, atunci aminoacidul arogenat (acidul arogenic) se formează ca intermediar comun și precursor direct al aminoacizilor fenilalanină și tirozină. În diagrama de mai jos, reversibilitatea transformărilor biochimice este notă conform căii KEGG Arhivate 29 aprilie 2011 la Wayback Machine . Potrivit altor surse, doar reacțiile de transaminare sunt reversibile, în timp ce reacțiile de aromatizare sunt însoțite de o scădere semnificativă a energiei libere și pot fi considerate ireversibile în toate scopurile practice. Reacția de conversie a corismatului în prefenat pentru toate scopurile practice poate fi, de asemenea, considerată ireversibilă din motive termodinamice [11] .
Pentru prefenat, pe lângă funcția indicată a precursorului celor mai importanți compuși aromatici, a fost găsită o funcție suplimentară a unui donor de grupă carboxil într-una dintre reacțiile carboxitransferazei descrise ale bacteriilor gram-negative . În această reacție, gruparea carboxil este transferată de la prefenat la gruparea metil a S -adenozil- l - metioninei (SAM), ceea ce duce la formarea carboxi - S - adenosil - l -metioninei (Cx-SAM), în timp ce prefenatul însuși este aromatizat în fenilpiruvat. În bacteriile Gram-negative, Cx-SAM este implicată în modificări conservate post-transcripționale ale ARNt . Cx-SAM este un donor de grupă carboximetil în modificarea uridinei în 5-hidroxiacetiluridină (5-carboximetoxiuridină, cmo 5 U, V), care este prezentă în poziția vibrațională a buclei anticodon a anumitor ARNt [12] .
În plus, metaboliții secundari nearomatici sunt formați din prefenat în unele organisme.
În natură au fost descoperiți și alți ciclohexadienoli similari cu prefenatul. Sinteza lor are loc pe calea shikimatului (unii se formează prin modificarea prefenatului însuși), toți sunt ușor aromatizați și acționează ca precursori în biosinteza diferiților metaboliți (în principal aromatici, într-o măsură mai mică aliciclici). Pe lângă prefenat, sunt cunoscuți următorii ciclohexadienoli naturali, precum și ciclohexadienamine similare:
De asemenea, se știe că structurile 2,5-ciclohexadienolului apar și în unele procese metabolice care nu sunt direct legate de calea shikimatului. Formarea unor astfel de fragmente structurale joacă un rol important în biosinteza unui număr de alcaloizi . O structură de acest tip conține, de exemplu, salutaridinol, un intermediar în biosinteza morfinei [1] .
Acidul prefenic a fost descris pentru prima dată în primăvara-vara anului 1953 [1] (publicat în mai 1954) [4] când se studia stadiul de aromatizare a procesului de biosinteză a fenilalaninei (a fost detectat pentru prima dată în mutantul Escherichia coli - izolat din filtratul de cultură). a unei tulpini special selectate în care stadiile târzii ale biosintezei fenilalaninei). Cercetătorii care au descoperit prefenatul, bazându-se pe proprietățile sale chimice, spectre IR și spectre de absorbție UV , au dedus corect structura compusului, dar fără a ține cont de stereochimia [4] . Progrese suplimentare în studiul căii shikimatului , descoperirea [18] și descrierea structurii [19] a precursorului imediat al prefenatului, corismatul, au făcut posibilă atribuirea unei configurații stereochimice acidului prefenic , dar totuși această configurație a fost nu a fost confirmat în mod fiabil prin metode corecte pentru o perioadă destul de lungă de timp. În 1977, [2] și din nou în 1979 [3] , Samuel Danishefsky și colegii de muncă au raportat prima lor sinteză totală reușită de prefenat de sodiu și confirmarea lor finală a configurației acidului prefenic. Sinteza lui Danishefsky se bazează pe reacția Diels-Alder . Substanța rezultată a fost identică ca proprietăți spectrale și chimice cu probele comerciale (Sigma Chemicals) de prefenat de origine biogenă, ceea ce a fost o confirmare a sintezei reușite [3] .
Deși metoda propusă pentru sinteza chimică a acidului prefenic nu este capabilă să concureze cu producția sa biotehnologică, ea poate fi utilă pentru sinteza analogilor structurali și a derivaților acidului prefenic [20] , precum și pentru obținerea prefenatului marcat izotopic [2]. ] . Printr-o metodă similară în 1981, grupul lui Danishefsky a sintetizat acidul arogenic (și, de asemenea, ca compus intermediar al acestei sinteze, s-a obținut acidul spiro-arogenic, care la acel moment nu era încă cunoscut și a fost izolat abia mai târziu [13] ca metabolit . ) [15] . Până în prezent, s-au obținut diferiți analogi structurali ai acidului prefenic în scopul studierii, de exemplu, benzolii ( derivați structurali ai 9,10-dihidroantracenului ) [9] .
Este instabil sub formă de diacid, [2] sub formă cristalină se obține sub formă de săruri. Disponibil sub formă de sare de bariu (prefenat de bariu) [3] . Produs folosind tulpini speciale de Neurospora crassa , Escherichia coli , Bacillus subtilis , Salmonella typhimurium ; sunt posibile atât izolarea directă din filtratele de cultură, cât și prepararea unui precursor metabolic ( corismat ) cu izomerizarea sa chimică sau enzimatică ulterioară [20] .
Găsește aplicație în practica cercetării.