| Kyselina prefenová | |
|---|---|
| Všeobecné | |
| Systematický název |
kyselina cis- 1-(2-karboxy-2-oxoethyl)-4-hydroxycyklohexa-2,5-dien-1-karboxylová |
| Chem. vzorec | C10H10O6 _ _ _ _ _ |
| Fyzikální vlastnosti | |
| Molární hmotnost | 226,18 g/ mol |
| Klasifikace | |
| Reg. Číslo CAS | 126-49-8 |
| PubChem | 1028 |
| ÚSMĚVY | O=C(O)[C@@]/1(CC(=O)C(O)=O)\C=C/[C@@H](O)\C=C\1 |
| InChI | InChI=lS/C10H10O6/cll-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 |
| Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak. | |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Kyselina prefenová (zkr. anglicky PPA ), také nazývaná prefenát v aniontových formách , je organická dvojsytná kyselina, vytvořená z chorismátu , je prekurzorem v biosyntéze fenylalaninu , tyrosinu , fenylpropanoidů a dalších sloučenin. Šestičlenný prefenátový karbocyklus se snadno aromatizuje v jednom kroku. Fenylová skupina fenylpyruvátu , fenylalanin, pochází z prefenátu , odtud název této sloučeniny. Název ( kyselina prefenová , prefenát ) navrhl Bernard Davis, americký mikrobiolog, který objevil metabolickou roli kyseliny šikimové a stal se nejvýznamnější postavou v raných studiích dráhy šikimátu (mnoho z nejdůležitějších metabolitů, včetně kyseliny prefenové). , byly objeveny v jeho laboratoři) [1] .
Molekula (v nejsymetričtějších konformacích ) má rovinu symetrie (která prochází 6 z 10 atomů uhlíku), to znamená, že je při reflexní operaci symetrická ( achirální ), ale přesto kvůli rozdílu v substituentech na dvou tetraedrických atomech uhlíku cyklu, 2 diastereomer ( cis izomer a trans izomer). Přírodní kyselina prefenová je cis - izomer (starší skupiny - kvartérní karboxyl v poloze 1 a hydroxylová skupina v poloze 4 - jsou orientovány na jednu stranu "roviny" kruhu, číslování je v souladu se systematickým názvem ). Byl syntetizován epimer ( trans - isomer), nazvaný kyselina epiprefenová , [2] [3] , jak se ukázalo, některé jeho chemické vlastnosti jsou výrazně odlišné [3] . Prefenová, epiprefenová, isoprefenová, chorismická , 4-epichorismická, izochorismická a pseudochorismická kyselina jsou izomerní.
Molekula je achirální, takže kyselina prefenová nemá optickou aktivitu [4] . [5] Nezískává se ve volné formě, izolovaný ve formě solí. Soli kyseliny prefenové (prefenáty) jsou krystalické látky. Soli barya jsou málo rozpustné ve vodě, která se používá k vysrážení prefenátu z roztoku za účelem jeho izolace [4] .
' H - NMR ( D20 , 250 MHz), 5 (ppm): 3,12 (2H, s), 4,50 (1H, tt, Ji = 3,1 , J2 = 1,4 Hz), 5,92 (2H, dd J1 = 10,4, J2 = 3,1 Hz), 6,01 (2H, d, Ji = 10,4, J2 = 1,4 Hz) [3] . Protony —OH a —CH 2 —CO— prefenátových (sodných) skupin se rychle vyměňují za D 2 O [3] .
13C - NMR (D20 , 75 MHz), 5 (ppm): 203, 178, 173, 132 (pro dva stejné atomy uhlíku), 127 (pro dva stejné atomy uhlíku), 65, 49, 48.
Prephenoic "kyselina" je stabilní pouze ve své dianionové formě [2] . Sklon ke spontánní a katalytické aromatizaci [6] . Poločas rozpadu (poločas rozpadu) ve vodném roztoku při teplotě místnosti je 130 hodin při pH = 7,0, 13 hodin při pH = 6,0 a 1,0 minuty v 1N HCl [4] .
V kyselém prostředí (i v mírně kyselém při pH = 6) [4] při pokojové teplotě (a po zahřátí) se kyselina prefenová v důsledku dehydratační dekarboxylační reakce (konjugovaná eliminace ) téměř kvantitativně aromatizuje na kyselinu fenylpyruvátovou (fenylpyruvát). ) [4] . [3] V alkalickém prostředí po zahřátí kyselina prefenová dekarboxyluje, aromatizuje na kyselinu para - hydroxyfenylmléčnou ( para - hydroxyfenyllaktát, zde je vhodné věnovat pozornost strukturní podobnosti této sloučeniny s para - hydroxyfenylpyruvátem ) [3] . [5]
Epimer kyseliny prefenové (kyselina epiprefenová) má poněkud odlišné chemické vlastnosti: v alkalickém prostředí prakticky nearomatizuje a v kyselém prostředí se podobně jako kyselina prefenová snadno transformuje na kyselinu fenylpyrohroznovou s téměř kvantitativním výtěžkem [3 ] . Rychlost kyselé aromatizace kyseliny epiprefenové je stále výrazně nižší než rychlost aromatizace kyseliny prefenové za stejných podmínek (a také nižší než rychlost aromatizace synteticky získaných deoxoprefenových a epideoxoprefenových kyselin postrádajících ketonovou funkcionalitu), což souvisí s tzv. možnost zapojení hydroxylové skupiny kyseliny epiprefenové do tvorby intramolekulárního hemiketalu (v případě kyseliny prefenové je tvorba intramolekulárního hemiketalu obtížná kvůli trans -poloze reagujících skupin) [7] .
Teprve po objevení prefenátu, zjištění jeho struktury a základních vlastností, vešlo ve známost, že cyklohexadienoly tohoto typu jsou acidolabilní a extrémně náchylné k aromatizaci [6] . [5] Aromatizační reakce prefenátu na fenylpyruvát byla první aromatizační reakcí, která byla podrobně interpretována v biochemii [1] .
Mechanismus kyselé aromatizaceZmíněná dehydratační dekarboxylace (konjugovaná eliminace), katalyzovaná kyselinou, probíhá ve dvou stupních (protonace hydroxylové skupiny způsobí její eliminaci - dochází k reverzibilní dehydrataci za vzniku rezonančně stabilizovaného karbokationtu (areniový ion), poté dochází k dekarboxylaci doprovázené neutralizace nábojů a vznik konečného produktu - fenylpyruvátu), [7] na rozdíl od enzymatické (prefenátdehydratasové) reakce, která probíhá ve shodě ( odštěpující se skupiny se odštěpují synchronně, v jedné fázi) [8] .
oxoniový iont areniový iont Mechanismus alkalické aromatizacePro alkalickou aromatizaci bylo navrženo alespoň 5 alternativních formálních mechanismů (na schématu označeny: a , b , c , d , e ). Je třeba poznamenat, že epimer prefenátu (epiprefenátu) nearomatizuje v alkalickém prostředí (okyselení vodného alkalického roztoku epiprefenátu i po zahřátí nebo delší expozici vede k téměř kvantitativnímu výtěžku fenylpyruvátu , produktu kyselé aromatizace ). Ne všech 5 navržených formálních mechanismů tuto skutečnost splňuje, stejně jako další experimentální výsledky, pouze 2 mechanismy ( d a e ) odpovídají pozorovaným skutečnostem. Oba možné mechanismy alkalické aromatizace prefenátu zahrnují hydridový posun vodíku C4, který se v konečném produktu ( p - hydroxyfenyl laktát) vyskytuje na stejném čtyřstěnném atomu uhlíku jako hydroxylová skupina. V případě jednoho z těchto dvou mechanismů ( e ) - je hydrid přenesen přímo na uvedený karbonylový atom uhlíku (jeho redukce) v důsledku posunu 1,6-hydridu. V případě jiného mechanismu ( d ) se hydrid přenáší v důsledku přesunu 1,7-hydridu na karboxylovou skupinu, redukuje ji na aldehyd ( gemdiol ), následuje Cannizzarův přesmyk , který je doprovázen 1,2-hydridový posun. U kyseliny epiprefenové jsou posuny 1,6- a 1,7-hydridu obtížné kvůli trans poloze přeneseného hydridu a akceptorové skupiny, což vysvětluje relativně vysokou stabilitu epiprefenátu v alkalickém prostředí [9] .
Kyselina prefenová se hydrogenuje vodíkem v přítomnosti platinového katalyzátoru (přidává 3-4 molární ekvivalenty vodíku). Borohydrid sodný (NaBH 4 ) redukuje kyselinu prefenovou na karbonyl , produkt redukce (prefenyllaktát) je schopen dekarboxylovat a zároveň aromatizovat nebo přidat 2 molární ekvivalenty Br 2 [4] . Hydrogenace nad palladium - síranem barnatým vede k obnovení obou dvojných vazeb v cyklu [5] .
Je syntetizován z chorismátu jako výsledek [3,3] -sigmatropního přeskupení, převážně enzymatického . Prekurzor fenylalaninu , tyrosinu a mnoha dalších sloučenin (převážně aromatických, z nichž většina je izolována do velké skupiny tzv. fenylpropanoidů ) [10] .
Chorismat prefenát fenylpyruvátK vytvoření aminokyselin fenylalaninu a tyrosinu z prefenátu jsou zapotřebí kroky aromatizace a transaminace . (Enzymatickou) aromatizací prefenátu vznikají arylpyruvátové kyseliny ( fenylpyruvát , para - hydroxyfenylpyruvát), jejichž transaminační reakce poskytují odpovídající aminokyseliny. V případě, že aromatizaci předchází transaminace, pak vzniká aminokyselina arogenát (kyselina arogenní) jako běžný meziprodukt a přímý prekurzor aminokyselin fenylalaninu a tyrosinu. V níže uvedeném diagramu je zaznamenána reverzibilita biochemických transformací podle KEGG Pathway Archived 29. dubna 2011 na Wayback Machine . Podle jiných zdrojů jsou vratné pouze transaminační reakce, zatímco aromatizační reakce jsou doprovázeny výrazným poklesem volné energie a lze je pro všechny praktické účely považovat za nevratné. Konverzní reakci chorismátu na prefenát pro všechny praktické účely lze také z termodynamických důvodů považovat za nevratnou [11] .
U prefenátu byla v jedné z popsaných karboxytransferázových reakcí gramnegativních bakterií kromě naznačené funkce prekurzoru nejdůležitějších aromatických sloučenin nalezena další funkce donoru karboxylové skupiny . Při této reakci je karboxylová skupina převedena z prefenátu na methylovou skupinu S -adenosyl- l -methioninu (SAM), což vede ke vzniku karboxy - S - adenosyl - l -methioninu (Cx-SAM), zatímco samotný prefenát je aromatizován na fenylpyruvát. U gramnegativních bakterií se Cx-SAM podílí na konzervovaných post-transkripčních modifikacích tRNA . Cx-SAM je donor karboxymethylové skupiny v modifikaci uridinu na 5-hydroxyacetyluridin (5-karboxymethoxyuridin, cmo 5 U, V), který je přítomen ve vibrační poloze antikodonové smyčky určitých tRNA [12] .
V některých organismech se navíc z prefenátu tvoří nearomatické sekundární metabolity.
V přírodě byly objeveny i další cyklohexadienoly podobné prefenátu. K jejich syntéze dochází šikimátovou cestou (některé vznikají modifikací samotného prefenátu), všechny se snadno aromatizují a působí jako prekurzory při biosyntéze různých metabolitů (hlavně aromatických, v menší míře alicyklických). Kromě prefenátu jsou známy následující přírodní cyklohexadienoly a také podobné cyklohexadienaminy:
Je také známo, že 2,5-cyklohexadienolové struktury také vznikají v některých metabolických procesech, které přímo nesouvisejí s šikimátovou cestou. Tvorba takových strukturních fragmentů hraje důležitou roli v biosyntéze řady alkaloidů . Struktura tohoto typu obsahuje například salutaridinol, meziprodukt v biosyntéze morfinu [1] .
Kyselina prefenová byla poprvé popsána na jaře-léto roku 1953 [1] (publikováno v květnu 1954) [4] při studiu aromatizačního stadia procesu biosyntézy fenylalaninu (poprvé byla detekována u mutanta Escherichia coli - izolovaného z kulturního filtrátu speciálně vybraného kmene, ve kterém jsou pozdní fáze biosyntézy fenylalaninu). Vědci, kteří objevili prefenát, se spoléhali na jeho chemické vlastnosti, IR spektra a UV absorpční spektra, správně odvodili strukturu sloučeniny, ale bez zohlednění stereochemie [4] . Další pokrok ve studiu šikimátové dráhy , objev [18] a popis struktury [19] bezprostředního prekurzoru prefenátu, chorismátu , umožnily přiřadit stereochemickou konfiguraci kyselině prefenové , ale přesto byla tato konfigurace již delší dobu spolehlivě potvrzeny správnými metodami. V roce 1977 [2] a znovu v roce 1979 [3] Samuel Danishefsky a spolupracovníci ohlásili svou první úspěšnou úplnou syntézu prefenátu sodného a jejich konečné potvrzení konfigurace kyseliny prefenové. Danishefského syntéza je založena na Diels-Alderově reakci . Výsledná látka byla spektrálními a chemickými vlastnostmi shodná s komerčními vzorky (Sigma Chemicals) prefenátu biogenního původu, což bylo potvrzením úspěšné syntézy [3] .
Navržený způsob chemické syntézy kyseliny prefenové sice není schopen konkurovat její biotechnologické výrobě, ale může být užitečný pro syntézu strukturních analogů a derivátů kyseliny prefenové, [20] i pro získání izotopicky značeného prefenátu [2 ] . Podobnou metodou v roce 1981 Danishefského skupina syntetizovala kyselinu arogenní (a také jako meziprodukt této syntézy byla získána kyselina spiroarogenní, která v té době ještě nebyla známa a byla izolována až později [13] jako metabolit ) [15] . Dosud byly získány různé strukturní analogy kyseliny prefenové pro účely studia, například benzoly (strukturní deriváty 9,10- dihydroanthracenu ) [9] .
V dikyselinové formě je nestabilní, [2] v krystalické formě se získává ve formě solí. Dostupné ve formě barnaté soli (prefenát barnatý) [3] . Vyrobeno za použití speciálních kmenů Neurospora crassa , Escherichia coli , Bacillus subtilis , Salmonella typhimurium ; je možná jak přímá izolace z kulturních filtrátů, tak příprava metabolického prekurzoru ( chorismátu ) s jeho následnou chemickou nebo enzymatickou izomerizací [20] .
Najde uplatnění ve výzkumné praxi.