stringtranslate.com

Синтез аминокислот по Штрекеру

Синтез аминокислот Штрекера , также известный просто как синтез Штрекера, представляет собой метод синтеза аминокислот путем реакции альдегида с цианидом в присутствии аммиака . Реакция конденсации дает α-аминонитрил, который впоследствии гидролизуется с получением желаемой аминокислоты. [1] [2] Метод используется для коммерческого производства рацемического метионина из метионаля . [3]

Первичные и вторичные амины также дают N-замещенные аминокислоты. Аналогично, использование кетонов вместо альдегидов дает α,α-дизамещенные аминокислоты. [4]

Механизм реакции

В первой части реакции карбонильный кислород альдегида протонируется, за чем следует нуклеофильная атака аммиака на карбонильный углерод. После последующего обмена протонами вода отщепляется от промежуточного иониевого иона . Затем ион цианида атакует иминиевый углерод, давая аминонитрил.

Механизм синтеза Штрекера, часть 1.
Механизм синтеза Штрекера, часть 1.

Во второй части синтеза Штрекера азот нитрила аминонитрила протонируется, а углерод нитрила атакуется молекулой воды. Затем после обмена протонов и нуклеофильной атаки воды на бывший углерод нитрила образуется 1,2-диаминодиол. Аммиак впоследствии удаляется после протонирования аминогруппы, и, наконец, депротонирование гидроксильной группы дает аминокислоту .

Механизм синтеза Штрекера
Механизм синтеза Штрекера

Асимметричные реакции Штрекера

Одним из примеров синтеза Штрекера является синтез производного L-валина в масштабе нескольких килограммов , начинающийся с метилизопропилкетона : [5]

(CH 3 ) 2 CHC(O)CH 3 + HCN + NH 3 → (CH 3 ) 2 CHC(CN)(NH 2 )CH 3 + H 2 O

Первоначальный продукт реакции 3-метил-2бутанона с цианидом натрия и аммиаком разделяется путем применения L-винной кислоты . Напротив, асимметричные реакции Штрекера не требуют разделяющего агента. При замене аммиака на (S)-альфа-фенилэтиламин в качестве хирального вспомогательного вещества конечным продуктом реакции был хиральный аланин . [6]

Каталитический асимметричный синтез Штрекера. Катализатор 1a основан на хиральном 1,1′-Би-2-нафтоле (БИНОЛ), "R" указывает на хиральность. "Boc" - это трет-бутилоксикарбонильная защитная группа .

Каталитическая асимметричная реакция Штрекера может быть осуществлена ​​с использованием катализаторов, полученных из тиомочевины . [7] В 2012 году катализатор, полученный из BINOL, был использован для получения хирального цианид-аниона (см. рисунок). [8]

История

Немецкий химик Адольф Штреккер открыл ряд химических реакций , которые производят аминокислоту из альдегида или кетона . [9] [10] Использование аммиака или солей аммония в этой реакции дает незамещенные аминокислоты. В оригинальной реакции Штреккера ацетальдегид , аммиак и цианистый водород объединяются, образуя после гидролиза аланин . Было показано, что использование первичных и вторичных аминов вместо аммония дает N-замещенные аминокислоты. [10]

Классический синтез Штрекера дает в качестве продуктов рацемические смеси α-аминокислот, но было разработано несколько альтернативных процедур с использованием асимметричных вспомогательных веществ [11] или асимметричных катализаторов [12] [13] .

Асимметричная реакция Штрекера была описана Харадой в 1963 году. [14] Первое сообщение об асимметричном синтезе с использованием хирального катализатора было опубликовано в 1996 году. [15] Однако в 2023 году эта информация была отозвана. [16]

Коммерческий синтез аминокислот

Помимо синтеза Штрекера существует несколько методов синтеза аминокислот. [17] [3]

Однако коммерческое производство аминокислот обычно опирается на мутантные бактерии, которые перепроизводят отдельные аминокислоты, используя глюкозу в качестве источника углерода. В противном случае аминокислоты производятся путем ферментативных превращений синтетических промежуточных продуктов. 2-Аминотиазолин-4-карбоновая кислота является промежуточным продуктом в одном из промышленных синтезов L- цистеина . Аспарагиновая кислота производится путем добавления аммиака к фумарату с использованием лиазы. [3]

Ссылки

  1. ^ "dl-Аланин". Органические синтезы . 9 : 4. 1929. doi :10.15227/orgsyn.009.0004.
  2. ^ "a-Аминоизомасляная кислота". Органические синтезы . 11 : 4. 1931. doi :10.15227/orgsyn.011.0004.
  3. ^ abc Драуз, Карлхайнц; Грейсон, Ян; Климанн, Аксель; Криммер, Ханс-Петер; Лейхтенбергер, Вольфганг; Векбекер, Кристоф (2006). «Аминокислоты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_057.pub2. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ Масумото, Сюдзи; Усуда, Хироюки; Сузуки, Масато; Канаи, Мотому; Сибасаки, Масакацу (май 2003 г.). «Каталитическая энантиоселективная реакция Стрекера на кетоимины». Журнал Американского химического общества . 125 (19): 5634–5635. дои : 10.1021/ja034980+. ПМИД  12733893.
  5. ^ Kuethe, Jeffrey T.; Gauthier, Donald R.; Beutner, Gregory L.; Yasuda, Nobuyoshi (сентябрь 2007 г.). «Краткий синтез ( S ) -N -этоксикарбонил-α-метилвалина». Журнал органической химии . 72 (19): 7469–7472. doi :10.1021/jo7012862. PMID  17713956.
  6. ^ Ван, Цзюнь; Лю, Сяохуа; Фэн, Сяомин (9 ноября 2011 г.). «Асимметричные реакции Штрекера». Chemical Reviews . 111 (11): 6947–6983. doi :10.1021/cr200057t. PMID  21851054.
  7. ^ Zuend, Stephan J.; Coughlin, Matthew P.; Lalonde, Mathieu P.; Jacobsen, Eric N. (октябрь 2009 г.). «Масштабируемые каталитические асимметричные синтезы Штрекера неприродных α-аминокислот». Nature . 461 (7266): 968–970. Bibcode :2009Natur.461..968Z. doi :10.1038/nature08484. PMC 2778849 . PMID  19829379. 
  8. ^ Yan, Hailong; Suk Oh, Joong; Lee, Ji-Woong; Eui Song, Choong (20 ноября 2012 г.). «Масштабируемые органокаталитические асимметричные реакции Штрекера, катализируемые хиральным генератором цианида». Nature Communications . 3 (1): 1212. Bibcode :2012NatCo...3.1212Y. doi : 10.1038/ncomms2216 . PMID  23169053.
  9. ^ Стрекер, Адольф (1850). «Ueber die künstliche Bildung der Milchsäure und einen neuen, dem Glycocoll homologen Körper». Аннален дер Химии и Фармации . 75 (1): 27–45. дои : 10.1002/jlac.18500750103.
  10. ^ аб Стрекер, Адольф (1854). «Ueber einen neuen aus Aldehyd - Ammoniak und Blausäure entstehenden Körper». Аннален дер Химии и Фармации . 91 (3): 349–351. дои : 10.1002/jlac.18540910309.
  11. ^ Дэвис, Франклин А.; Редди, Раджаратнам Э.; Портоново, Падма С. (декабрь 1994 г.). «Асимметричный синтез Штрекера с использованием энантиомерных сульфиниминов: удобный синтез α-аминокислот». Tetrahedron Letters . 35 (50): 9351–9354. doi :10.1016/S0040-4039(00)78540-6.
  12. ^ Ишитани, Харуро; Комияма, Сусуму; Хасегава, Йошики; Кобаяши, Шу (февраль 2000 г.). «Каталитический асимметричный синтез Штрекера. Получение энантиомерно чистых производных α-аминокислот из альдиминов и цианида трибутилолова или ахиральных альдегидов, аминов и цианистого водорода с использованием хирального циркониевого катализатора». Журнал Американского химического общества . 122 (5): 762–766. doi :10.1021/ja9935207.
  13. ^ Хуан, Джинкун; Кори, Э.Дж. (декабрь 2004 г.). «Новый хиральный катализатор для энантиоселективного синтеза α-аминокислот по Штрекеру». Organic Letters . 6 (26): 5027–5029. doi :10.1021/ol047698w. PMID  15606127.
  14. ^ Харада, Каору (декабрь 1963 г.). "Асимметричный синтез α-аминокислот методом Штрекера". Nature . 200 (4912): 1201. Bibcode :1963Natur.200.1201H. doi : 10.1038/2001201a0 . PMID  14089910. S2CID  43857409.
  15. ^ Айер, Мани С.; Гигстад, Кеннет М.; Намдев, Ниведита Д.; Липтон, Марк (январь 1996 г.). «Асимметричный катализ синтеза аминокислот по Штрекеру циклическим дипептидом». Журнал Американского химического общества . 118 (20): 4910–4911. doi :10.1021/ja952686e. PMID  24178715.
  16. ^ Айер, Мани С.; Гигстад, Кеннет М.; Намдев, Ниведита Д.; Липтон, Марк (2023-06-29). «Ретракция «Асимметричного катализа синтеза аминокислот по Штрекеру циклическим дипептидом»». Журнал Американского химического общества . doi : 10.1021/jacs.3c03705 . ISSN  0002-7863.
  17. ^ Дуталер, Рудольф О. (январь 1994). «Последние разработки в области стереоселективного синтеза α-аминокислот». Тетраэдр . 50 (6): 1539–1650. doi :10.1016/S0040-4020(01)80840-1.

Смотрите также