Streckerova syntéza aminokyselin

Streckerova syntéza aminokyselin je syntéza aminokyselin reakcemi aldehydůamoniakem za přítomnosti kyanidu draselného. Touto kondenzační reakcí vzniká α-aminonitril, který je následně hydrolyzován na aminokyselinu.[1][2]

V průmyslu se tento postup používá na výrobu racemického methioninumethionalu.[3]

Při použití amonných solí vznikají nesubstituované aminokyseliny, substituované lze získat z primárních a sekundárních aminů. Obdobně vede použití ketonů namísto aldehydů k tvorbě α,α-disubstituovaných aminokyselin.[4]

Mechanismus

Reakce začíná protonováním karbonylového kyslíku aldehydu, po který je poté následuje nukleofilně atakován amoniakem. Po následné výměně protonů se odštěpí voda z iminiového iontu. Kyanidový ion reaguje s iminiovým za vzniku aminonitrilu.

Mechanismus první části Streckerovy syntézy
Mechanismus první části Streckerovy syntézy

V druhé části procesu je nitrilový dusík aminonitrilu protonován a uhlíkový atom nitrilové skupiny reaguje s vodou, čímž se po výměně protonů vytvoří 1,2-diaminodiol. Po protonaci aminové skupiny se odštěpí amoniak a nakonec proběhne deprotonce hydroxylové skupiny za tvorby aminokyseliny.

Mechanismus druhé části Streckerovy syntézy
Mechanismus druhé části Streckerovy syntézy

Streckerova syntéza se používá na výrobu derivátu L-valinumethylizopropylketonu:[5]

Asymetrické Streckerovy reakce

Jsou známy i asymetrické Streckerovy reakce; například při nahrazení amoniaku (S)-alfa-fenylethylaminem (sloužícím jako chirální pomocník) vzniká chirální alanin.[6]

Účinnost katalytických asymetrických Streckerových reakcí lze zlepšit pomocí katalyzátorů odvozených od thiomočoviny.[7]

V roce 2012 byl použit katalyzátor založený na BINOLu, za jehož přítomnosti se vytvářel chirální kyanidový anion.[8]

Katalytická asymetrická Streckerova syntéza

Historie

Německý chemik Adolph Strecker objevil posloupnost reakcí, kterými vznikají aminokyseliny z aldehydů či ketonů.[9][10] V původní Streckerově reakci se při použití acetaldehydu, amoniaku a kyanovodíku po hydrolýze vytvořil alanin.[10]

Při běžných Streckerových syntézách se tvoří racemické směsi α-aminokyselin, ovšem při zapojení chirálních pomocníků[11] nebo asymetrických katalyzátorů[12][13] lze provést i asymetrické Streckerovy reakce.[14]

První asymerická syntéza využívající chirální katalyzátor byla oznámena v roce 1996.[15]

Průmyslová výroba aminokyselin

Existují i jiné způsoby syntézy aminokyselin, než je Streckerova syntéza.[16][3]

Průmyslová výroba aminokyselin je převážně založena na bakteriích vytvářejících jednotlivé aminokyseliny v nadměrných množstvích, přičemž jim jako zdroj uhlíku slouží glukóza; získat je lze také enzymatickými přeměnami syntetických meziproduktů (například meziproduktem výroby L-cysteinu je kyselina 2-aminothiazolin-4-karboxylová). Kyselina asparagová je vyráběna adicí amoniaku na kyselinu fumarovou pomocí lyázy.[3]

Jeden z nejstarších postupů začíná Hellovou-Volhardovou-Zelinského bromací na α-uhlíku karboxylové kyseliny, následnou nukleofilní substitucí se alkylbromid přemění na aminokyselinu.[17]

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Strecker amino acid synthesis na anglické Wikipedii.

  1. dl-ALANINE. Organic Syntheses. 1929. DOI 10.15227/orgsyn.009.0004. 
  2. a-AMINOISOBUTYRIC ACID. Organic Syntheses. 1931. DOI 10.15227/orgsyn.011.0004. 
  3. a b c Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. 1. vyd. [s.l.]: Wiley Dostupné online. ISBN 978-3-527-30385-4, ISBN 978-3-527-30673-2. DOI 10.1002/14356007.a02_057.pub2. (anglicky) DOI: 10.1002/14356007. 
  4. Shuji Masumoto; Hiroyuki Usuda; Masato Suzuki; Motomu Kanai; Masakatsu Shibasaki. Catalytic Enantioselective Strecker Reaction of Ketoimines. Journal of the American Chemical Society. 2003, s. 5634–5635. DOI 10.1021/ja034980+. PMID 12733893. 
  5. Jeffrey T. Kuethe; Donald R. Gauthier; Gregory L. Beutner; Nobuyoshi Yasuda. A Concise Synthesis of (S)-N-Ethoxycarbonyl-α-methylvaline. The Journal of Organic Chemistry. 2007, s. 7469–7472. DOI 10.1021/jo7012862. PMID 17713956. 
  6. Jun Wang; Xiaohua Liu; Xiaoming Feng. Asymmetric Strecker Reactions. Chemical Reviews. 2011-11-09, s. 6947–6983. DOI 10.1021/cr200057t. PMID 21851054. 
  7. Stephan J. Zuend; Matthew P. Coughlin; Mathieu P. Lalonde; Eric N. Jacobsen. Scaleable catalytic asymmetric Strecker syntheses of unnatural α-amino acids. Nature. 2009, s. 968–970. DOI 10.1038/nature08484. PMID 19829379. Bibcode 2009Natur.461..968Z. 
  8. Hailong Yan; Joong Suk Oh; Ji-Woong Lee; Choong Eui Song. Scalable organocatalytic asymmetric Strecker reactions catalysed by a chiral cyanide generator. Nature Communications. 2012-11-20, s. 1212. DOI 10.1038/ncomms2216. PMID 23169053. Bibcode 2012NatCo...3.1212Y. 
  9. Adolph Strecker. Ueber die künstliche Bildung der Milchsäure und einen neuen, dem Glycocoll homologen Körper. Annalen der Chemie und Pharmacie. 1850, s. 27–45. Dostupné online. DOI 10.1002/jlac.18500750103. 
  10. a b Adolph Strecker. Ueber einen neuen aus Aldehyd - Ammoniak und Blausäure entstehenden Körper. Annalen der Chemie und Pharmacie. 1854, s. 349–351. Dostupné online. DOI 10.1002/jlac.18540910309. 
  11. Franklin A. Davis; Rajarathnam E. Reddy; Padma S. Portonovo. Asymmetric strecker synthesis using enantiopure sulfinimines: A convenient synthesis of α-amino acids. Tetrahedron Letters. 1994, s. 9351–9354. DOI 10.1016/S0040-4039(00)78540-6. 
  12. Haruro Ishitani; Susumu Komiyama; Yoshiki Hasegawa; Shū Kobayashi. Catalytic Asymmetric Strecker Synthesis. Preparation of Enantiomerically Pure α-Amino Acid Derivatives from Aldimines and Tributyltin Cyanide or Achiral Aldehydes, Amines, and Hydrogen Cyanide Using a Chiral Zirconium Catalyst. Journal of the American Chemical Society. 2000, s. 762–766. DOI 10.1021/ja9935207. 
  13. Jinkun Huang; E. J. Corey. A New Chiral Catalyst for the Enantioselective Strecker Synthesis of α-Amino Acids. Organic Letters. 2004, s. 5027–5029. DOI 10.1021/ol047698w. PMID 15606127. 
  14. Kaoru Harada. Asymmetric Synthesis of α-Amino-acids by the Strecker Synthesis. Nature. 1963, s. 1201. DOI 10.1038/2001201a0. PMID 14089910. Bibcode 1963Natur.200.1201H. 
  15. Mani S. Iyer; Kenneth M. Gigstad; Nivedita D. Namdev; Mark Lipton. Asymmetric Catalysis of the Strecker Amino Acid Synthesis by a Cyclic Dipeptide. Journal of the American Chemical Society. 1996, s. 4910–4911. DOI 10.1021/ja952686e. PMID 24178715. 
  16. Rudolf O. Duthaler. Recent developments in the stereoselective synthesis of α-aminoacids. Tetrahedron. 1994, s. 1539–1650. DOI 10.1016/S0040-4020(01)80840-1. 
  17. John McMurry. Organic chemistry. [s.l.]: Brooks/Cole, 1996. Dostupné online. ISBN 978-0-534-23832-2. S. 1064. 

Související články

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Strecker-Synthese Übersicht V3.svg
Autor: GerrietB, Licence: CC BY-SA 4.0
Übersicht zur Strecker-Synthese
Catalytic Asymmetric Strecker Synthesis-Nature Chem.tif
Autor: Brotherddt, Licence: CC BY-SA 3.0
Catalytic Asymmetric Strecker Synthesis-Nature Chem
Strecker-Synthese Mech2 V7.svg
Autor: GerrietB, Licence: CC BY-SA 4.0
Mechanismus der Strecker-Synthese 2.Teil
Strecker-Synthese Mech1 V5.svg
Autor: GerrietB, Licence: CC BY-SA 4.0
Mechanismus der Strecker-Synthese 1. Teil