Большинство aминов обладает биологической активностью и некоторые из них используются в качестве лекарственных препаратов. Приведем только некоторые, наиболее важные биологически активные амины:
Рисунок 1.
Многие из этих соединений обладают сильным физиологическим эффектом.
Аминосахара
Отдельную группу биологически активных aминов составляют аминосахара.
Аминосахарами называют моносахариды, в которых одна или несколько спиртовых групп замещены на первичную, вторичную или третичную аминогруппу. Производные моносахаридов, содержащих аминогруппу, которая связана с гликозидным центром, называют гликозиламинами или $N$-гликозидами. В зависимости от положения аминогруппы в молекуле аминосахара различают на 2-амино-, 3-амино-, 5-аминосахара и т.д. По номенклатуре такие сахара называют аминодезоксисахарами (термин указывает на то, что аминогруппа занимает место гидроксила).
Аминосахара широко распространенные в природе. Они являются необходимыми структурными компонентами мукополисахаридов (гликозамино(протео)гликанов) и смешанных биополимеров. Наиболее распространены 2-аминосахара 2-амино-2-дезокси-$D$-глюкоза ($D$-глюкозамин) и 2-амино-2-дезокси-$D$-галактоза ($D$-галактозамин), которые входят в состав различных биополимеров. Например, $D$-глюкозамин и его производная $D$-мурамовая кислота являются основными компонентами пептидогликана клеточных стенок бактерий. $D$-Глюкозамин является мономером хитина, образующего наружный скелет ракообразных и насекомых, а также входит в состав групповых веществ крови.
Свойства аминосахаров
Наличие аминогруппы в молекуле моносахарида существенно меняет его химические свойства. Аминосахара имеют характерные свойства аминов:
- Они являются сильными основаниями и легко образуют устойчивые соли;
- В отличие от солей, свободные аминосахара (основания) не устойчивы, поэтому на практике обычно используют их гидрохлорид.
- Аминогруппа в аминосахарах легко ацилируеться; ацилирование можно провести селективно по $H_2N$-группе, не затрагивая $HO$-группы.
- Аминогруппа аминосахаров легко алкилируеться, образуя моно- и диалкиламиносахара ($-NH-R$ и $-NR_2$).
При воздействии с 2,4-динитрофторбензолом аминосахара легко превращаются в $N$-2,4-динитрофенильные производные (которые используют для идентификации глюкозамина и галактозамина при их одновременном присутствии в гидролизатах мукополисахаридов).
Рисунок 2.Аминосахара легко образуют основания Шиффа (которые используют для временной защиты $H_2N$- групп в синтезе производных аминосахаров со свободной $H_2N$-группой)
- Аминосахара вступают в реакции присущие моносахаридам (карбонильные реакции и др.)
- При обработке аминосахаров азотистой кислотой на холоду или при нагревании со щелочами $H_2N$-группа отщепляется.
На определении количества аммиака, который выделяется при нагревании аминосахара с щелочью, базируется метод количественного определения глюкозамина. В случае дезаминирования 2-амино-2-дезоксисахаров с экваториальной группой происходит перегруппировка Демьянова с сужением цикла, что приводит к образованию 2,5 ангидропроизводных моносахаридов:
Рисунок 3.
Получение аминосахаров
Аминосаха можно получить методами общими для получения класса аминов в целом. Но существуют некоторые методики, которыми получают именно аминосахара. Одной из таких методик является аминолиз эфиров сульфокислот.
Для аминолиза эфиров сульфокислот используют нуклеофилы сильнее, чем аммиак. Тозил- и мезиловые эфиры защищенных моносахаридов при нагревании с гидразином превращаются (с обращением конфигурации) в гидразиносахара, гидрирование которых над никелем Ренея дает аминосахара.
На скорость реакции влияет строение сульфоэфирной группы. Первичная сульфоэфирная группа легко замещается остатком гидразина. В случае вторичной сульфоэфирной группы, особенно стерически затрудненной, реакция происходит труднее и нужно длительное нагревание при высокой температуре. Например, атака атома $C-3$ с тыла в изопропилиденовом производном глюкозы достаточно затруднена, но длительное нагревание позволяет получить продукт с препаративным выходом.
Рисунок 4.
Поскольку гидразин является достаточно сильным основанием, то в некоторых случаях возможно протекание нежелательных побочных процессов. В такой ситуации вместо гидразина используют азид натрия в $DMF$ или $DMSO$ с последующим гидрированием полученного азида. Стоит отметить, что реакция с азидом более чувствительна к пространственным затруднениям по сравнению с гидразином. Например, приведенное выше изопропилиденовое производное глюкозы не образует азид, поскольку атаке заряженным нуклеофилом в тыл отходящих группы ($OTs$) противодействует частичный отрицательный заряд на атомах кислорода кетального фрагмента. Но тозилат с противоположной конфигурацией атома $C-3$ - ало-конфигурацией (алофураноза) легко образует продукт замещения.
Аминолиз эфиров сульфокислот имеет наибольшее применение для синтеза $\omega$-аминосахаров, поскольку исходные сульфоэфиры по первичной гидроксигруппе являются более доступными и выходы реакций более высокие.
