编辑推荐:
为解决合成具有光学活性的磷酸肌醇及其衍生物的问题,研究人员开展了对肌醇(myo-inositol)去对称化的研究。他们总结了多种去对称化方法,其成果对生物学家研究肌醇循环及有机合成化学有重要意义。
在生命科学和健康医学领域,肌醇(myo-inositol)相关的研究一直备受关注。肌醇是一种 1,2,3,4,5,6 - 六羟基环己烷,是 D - 葡萄糖的异构体,与 D - 葡萄糖不同,它是具有内消旋(meso)构型的对称环己烷六醇 。在众多肌醇异构体中,许多天然存在的肌醇衍生物却是不对称的。尤其是磷酸肌醇,在过去的五十年里,因其参与细胞信号转导、某些蛋白质锚定到细胞膜、寄生虫的毒力以及囊泡运输等多种细胞过程,吸引了大量研究人员的目光。这使得肌醇循环与糖尿病、癌症、躁郁症等多种疾病的病因和药物干预产生了联系。
随着对肌醇循环研究的深入,对合成(光学活性)磷酸肌醇、其衍生物及类似物的需求日益增长。因为这些具有生物学意义的衍生物从天然来源中只能分离出极少量,难以满足研究和应用的需要。在此背景下,肌醇的去对称化研究变得至关重要,它旨在制备出对映体形式的 O - 取代肌醇衍生物。然而,在过去,由于缺乏高效的肌醇去对称化方法,使得肌醇难以成为多步合成的首选起始材料,这一困境严重阻碍了相关领域的研究进展。
为了突破这一难题,来自印度的研究人员积极开展了对肌醇去对称化的研究。他们的研究成果具有重要意义,不仅为生物学家深入探究肌醇循环的生物学意义提供了有力支持,也为合成有机化学家进行天然产物合成开辟了新的道路,相关研究成果发表在《Carbohydrate Research》上。
研究人员在开展研究时,主要运用了以下几种关键技术方法:一是经典的拆分方法,通过可分离的非对映异构体来实现;二是手性池合成,利用天然存在的光学活性起始材料进行多步有机合成;三是酶催化,筛选酯酶对消旋肌醇衍生物进行酯化或酯水解反应;四是不对称催化,使用对映选择性催化剂将肌醇衍生物转化为对映体产物;五是通过外消旋混合物中对映体的优先结晶来拆分。
下面来详细看看研究结果:
- 分子对称性对肌醇去对称化的影响:肌醇分子具有一个轴向羟基和五个赤道面羟基,呈对称的内消旋构型。大多数 O - 取代肌醇衍生物具有赤道面羟基丰富的构型,少数如肌醇原酸酯具有轴向羟基丰富的构型。肌醇分子中的羟基均为仲羟基,这一结构特点对其去对称化反应有着重要影响。
- 对映体肌醇衍生物 - 拆分法:该方法包含四个主要阶段。首先将肌醇通过羟基的不对称 O - 取代转化为外消旋衍生物;接着与对映体试剂反应生成非对映异构体混合物;然后分离形成的两种非对映异构体;最后去除手性试剂部分,从而获得两种分离的对映体。
- 对映体肌醇衍生物 - 手性池合成:这种方法以光学活性的起始材料(如糖、氨基酸、酒石酸等天然化合物)开始多步有机合成,由于起始材料本身具有光学活性,所以在合成过程中无需额外引入光学活性。
- 对映体肌醇衍生物 - 酶的使用:利用酶来拆分消旋肌醇衍生物主要是通过尝试和筛选。针对特定的消旋体,筛选现有的酯酶,考察其对消旋体中一种对映体进行酯化或酯水解的对映选择性效率,然后从光学活性产物混合物中分离出所需的对映体。
- 对映体肌醇衍生物 - 不对称催化方法:该方法使用对映选择性催化剂,将(大多为对称的)肌醇衍生物转化为对映体终产物,无需分离非对映体衍生物。所用的催化剂可以是金属配合物、有机催化剂(如肽或天然产物衍生物)等。在这一过程中,合成的手性催化剂有助于在合成序列中引入光学活性。
- 对映体肌醇衍生物 - 通过对映体优先结晶进行拆分:研究人员及其他学者采用的合成对映体肌醇衍生物的方法都存在一些缺点,如合成通用性有限、色谱分离繁琐、依赖手性起始材料、试剂和催化剂且需不断补充等。这些因素导致合成的肌醇衍生物的对映体纯度依赖于用于诱导光学活性的分子实体的对映体纯度。而通过对映体优先结晶进行拆分的方法为解决这些问题提供了新的思路。
综合研究结论和讨论部分,多种肌醇去对称化方法各有优劣。从文献研究来看,通过可分离的非对映异构体拆分外消旋体以及从手性池分子开始合成的方法应用更为频繁,而对映选择性催化方法使用较少。这可能与获取光学活性分子实体的难易程度有关。这些研究成果为后续的研究指明了方向,有助于研究人员进一步优化去对称化方法,提高肌醇衍生物的合成效率和对映体纯度,为生命科学和健康医学领域的相关研究提供更有力的支持。在未来,随着技术的不断发展和研究的深入,相信肌醇去对称化研究将取得更多突破,为揭示生命奥秘、攻克相关疾病带来新的希望。