Основы биотехнологии. ПрезентацияА. Технологические подходы к синтезу витамина А

• Название: Технологические подходы к синтезу витамина А
• Анкор: Основы биотехнологии
• Дата: 02.11.2022
• Размер: 0.81 Mb.
• Имя файла: ПрезентацияА.pptx
• Тип: Лекция; #767012

Лекция №2

Тема : «Технологические подходы к синтезу витамина А»

• Общая характеристика витамина А
• Способы синтеза
• Синтез витамина А по реакции Реформаторского
• Синтез витамина А по реакции Дарзана

Ретинол (истинный витамин А, транс 9-13 диметил-7-(1,1,5 триметилциклогексен 5 –ил-6)нанотетраен-7,9,11,13-ол. В чистом виде встречается только в продуктах животного происхождения, однако может быть синтезирован организмом из бета-каротина. Ретинол является жирорастворимым, поэтому для его усвоения пищевым трактом требуются жиры, а также минеральные вещества. В организме его запасы остаются достаточно долго, чтобы не пополнять его запасы каждый день. Существует две формы этого витамина: это готовый витамин А (ретинол) и провитамин А (каротин), который в организме человека превращается в витамин А, поэтому его можно считать растительной формой витамина А. Витамин А имеет бледно-желтый цвет, который образуется из красного растительного пигмента бета-каротина

Источники

• Растительные (каротин):
Зеленые и жёлтые овощи (морковь, тыква, сладкий перец, шпинат, брокколи, зелёный лук, зелень петрушки), бобовые (соя, горох), персики, абрикосы, яблоки, виноград, арбуз, дыня, шиповник, облепиха, черешня; травы (люцерна, листья бурачника, корень лопуха, фенхель, хмель, хвощ, ламинария, лимонник, коровяк, крапива, овёс, мята перечная, подорожник, листья малины, клевер, шалфей, толокнянка, листья фиалки, щавель).
• Животные:

Рыбий жир, печень (особенно говяжья), икра, молоко, сливочное масло, маргарин, сметана, творог, сыр, яичный желток.

• Синтез в организме:

Образуется в результате окислительного расщепления β-каротина.

• Влияние на организм
• Витамин А участвует в окислительно-восстановительных процессах, регуляции синтеза белков, способствует нормальному обмену веществ, функции клеточных и субклеточных мембран, играет важную роль в формировании костей и зубов, а также жировых отложений; необходим для роста новых клеток, замедляет процесс старения

Формула:

транс 9-13 диметил-7-(1,1,5 триметилциклогексен 5 –ил-6)нанотетраен-7,9,11,13-ол. Биологически активной является транс - конфигурация.

Ретинол - ненасыщенный первичный спирт.

Образует сложные эфиры с кислотами, окисляется до альдегидов; при каталитическом гидрировании присоединяется 5 молей водорода (что подтверждает 5 двойных связей в его молекуле).

Методы синтеза витамина а и выбор рационального метода для производства

Одновременно в различных странах мира был осуществлен синтез витамина А: в Швейцарии, в Голландии, в США и ФРГ.

Разработаны следующие три схемы синтеза витамина:

• 1) из β- ионона через кетон С18 с использованием реакции Реформаторского.
• 2)из 2,6,6,- триметил-циклогексанона,
• 3)из β-ионона через альдегид С14 с применением реакции Дарзана.

В нашей стране принят метод синтеза из β – ионона.

Синтез альдегида С14 по реакции Дарзана.

Происходит конденсация бета-ионона с метиленовым эфиром хлоруксусной кислоты в присутствии метилата Na (или изобутилата калия).

• Установлена возможность удлинения боковой цепи β-ионона без обра­зования побочных соединений путем глицидного синтеза β -ионона с эфирами хлоруксусной кислоты в альдегид С14. Впервые альдегид С14 был получен в 1937 г. из β -ионона с применением реакции Дарзана.

Синтез витамина А через альдегид С14 состоит из следующих основ­ных стадий:

• синтез β -ионона;
• синтез альдегида С14,
• синтез ацетиленового карбинола;
• синтез витамина А или его ацетата.

• Исходным сырьем для синтеза витамина А через альдегид С14 является цитраль, получаемый из лемонграссового или кориандрового масла или синтетическим путем.

Синтез бета-ионона из ациклического терненоида - цитраля.

• Цитраль в бензольно- ацетоновом растворе под влиянием фенолята Na дает псевдоионон.
• цитраль псевдоионон 

ионон

Синтез альдегида С14.

β -Ионон конденсируется с хлоруксусным эфиром под влиянием метилата натрия или изобутилата калия по реакции Дарзана в альдегид С14. Вначале образуется промежуточное неустойчивое соединение-глицидный эфир, который легко гидролизуется щёлочью в спиртовом растворе в соль глицеридной «кислоты С15» декарбоксилирующуюся с образованием «альдегида С14» (t плавления 2 градуса).

Синтез ацетиленового карбинола

• Следующим промежуточным продуктом синтеза является «цепочка» ацетиленовый карбинол, который синтезиру­ют путем конденсации метилвинилкетона и литийацетилида в жидком ам­миаке в присутствии ацетилена (под давлением).
• Существует несколько вариантов получения этого соединения. В качестве исходного полупродукта можно взять метилвинилкетон, который получают из ацетона и муравьиного альдегида в присутствии щёлочи с последующей дегидратацией фосфорной кислотой

Затем метилвинилкетон в среде жидкого аммиака реагирует с Li-ацетилидом в присутствии ацетилена под давлением

Первичный ацетиленовый карбинол

Третичный ацетиленовый карбинол

Можно конденсацию метилвинилкетона с ацетиленом вести в среде жидкого аммиака и ацетилен вводить в реакцию в виде ацетилида кальция

Первичный ацетиленовый карбинол получают изомеризацией третичного на катионообменной смоле КУ-2:

Полученные продукты вводятся в реакцию Гриньяра. Вначале из Mg и бромистого этила получают реактив Гриньяра, а затем при добавлении первичного карбинола получают магнийорганический комплекс:

Затем процесс идет путем взаимодействия альдегида С14 с полученным первичным ацетиленовым карбинолом. Конденсация альдегида с Mg-органическим соединением 3-метилпентен-1-инд­ола:

Mg-органический комплекс ацетиленового гликоля С20 разлагается под действием NH4Cl

Ацетиленовый гликоль С20 («Диолин С20») в присутствии частично дезактивированного палладия подвергают селективной гидрогенизации, при этом ацетиленовая связь гидрогенизуется до этиленовой, другие непредельные связи в молекуле не затрагиваются.

• Первичную гидроксильную группу гликоля обрабатывают хлорокисью фосфора в присутствии пиридина для дегидратации и аллильной перегруппировки ( или отщепляют «ОН» с помощью бромистоводородной кислоты в сильно полярном растворителе). В результате получают ретинол-ацетат с общим выходом 45%

Витамин А-ацетат

3. Синтез витамина А из β-ионона через кетон С18

Первые попытки получить витамин А из β-ионона с применением ре­акции Реформаторского были сделаны Куном и Моррисом в 1937 г. Однако недостаточная очистка промежуточных продуктов от различных примесей и изомерных соединений обусловили получение препарата с весьма низким содержанием витамина А (7,5%).

Более поздние исследователи объясняли неудачу синтеза Куна загрязнением этилового эфира β-ионолиденацетата γ-изомерами.

Большое значение для этого синтеза имело открытие свойств алюмогидрида лития, который избирательно восстанавливает карбоксильную группу в спиртовую, не затрагивая двойные углерод-углеродные связи.

Кетон С18 был впервые синтезирован из β-ионона с эфирами γ-бромкротоновой кислоты в присутствии цинка (реакция Реформатского). Кетон C18 получен по следующей схеме:

β – ионон этиловый эфир – γ –бромкротоновой кислоты

Этиловый эфир β – ионолиденкротоновой кислоты
Повторение с кетоном С18 реакции Реформатского, т.е. конденсация его с эфиром бромуксусной кислоты, дает витамин А-кислоту. С другой стороны, конденсация кетона С18 с броммагний этоксиацетиленом, частичное гидриро­вание и омыление получающегося винилового эфира приводит к получению витамина А-альдегида, который при восстановлении с алюмогидридом лития дает витамин А.
Однако при этом синтезе получили вещество, загрязненное различны­ми изомерами, причем выход вещества был крайне низок (около 5 % на β- ионон).

В последствии причина низкого выхода витамина А при синтезе его из β-ионона и эфира бромуксусной кислоты в присутствии цинка была объясне­на дегидратацией промежуточного оксиэфира, сопровождающейся аллиль­ной перегруппировкой в циклогексеновое кольцо.