Синтез аминокислот носилок

Синтез носилок
Назван в честь	Адольф Стретчер
Тип реакции	Реакция замещения
Идентификаторы
Портал органической химии	Синтез экстендера
RSC Идентификатор онтологии	RXNO: 0000207

Синтез аминокислот Стрекера , также известный просто как синтез Стрекера, представляет собой метод синтеза аминокислот путем реакции альдегида с цианидом в присутствии аммиака . Реакция конденсации дает α-аминонитрил, который впоследствии гидролизуется с образованием желаемой аминокислоты. ^[1]^[2] Метод используется для промышленного 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 нуклеофильной протонируется с последующей атакой аммиака на карбонильный углерод. После последующего протонного обмена вода отщепляется от промежуточного иминия-иона . Затем ион цианида атакует углерод иминия, образуя аминонитрил.

Во второй части синтеза Стрекера нитриловый азот аминонитрила протонируется, а углерод нитрила подвергается атаке молекулы воды. Затем после обмена протонов и нуклеофильной атаки воды на бывший нитриловый углерод образуется 1,2-диаминодиол. Аммиак впоследствии удаляется после протонирования аминогруппы, и, наконец, депротонирование гидроксильной группы приводит к образованию аминокислоты .

Асимметричные реакции Стрекера

Одним из примеров синтеза Стрекера является многокилограммовый синтез производного L-валина , исходя из метилизопропилкетона : ^[5]

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

Исходный продукт реакции 3-метил-2-бутанона с цианидом натрия и аммиаком разделяют L - применением винной кислоты . Напротив, асимметричные реакции Стрекера не требуют растворяющего агента. При замене аммиака (S)-альфа-фенилэтиламином в качестве хирального вспомогательного вещества конечным продуктом реакции стал хиральный аланин . ^[6]

Каталитическую асимметричную реакцию Стрекера можно проводить с использованием тиомочевины на основе катализаторов . ^[7] В 2012 году катализатор на основе БИНОЛа был использован для получения хирального цианид-аниона (см. Рисунок). ^[8]

История

Немецкий химик Адольф Штрекер открыл ряд химических реакций , в которых образуется аминокислота из альдегида или кетона . ^[9]^[10] Использование аммиака или солей аммония в этой реакции дает незамещенные аминокислоты. В оригинальной реакции Стрекера ацетальдегид , аммиак и цианистый водород объединялись с образованием после гидролиза аланина . Было показано, что использование первичных и вторичных аминов вместо аммония дает N-замещенные аминокислоты. ^[10]

Классический синтез Стрекера дает в качестве продуктов рацемические смеси α-аминокислот, но есть несколько альтернативных процедур с использованием асимметричных вспомогательных веществ. ^[11] или асимметричные катализаторы ^[12]^[13] были разработаны.

Об асимметричной реакции Стрекера сообщил Харада в 1963 году. ^[14] Первое сообщение об асимметричном синтезе с использованием хирального катализатора было опубликовано в 1996 году. ^[15] Однако в 2023 году это решение было отменено. ^[16]

Коммерческий синтез аминокислот

Помимо синтеза Стрекера 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 ферментативного превращения синтетических промежуточных продуктов. 2-Аминотиазолин-4-карбоновая кислота является промежуточным продуктом в одном промышленном синтезе L- цистеина . Аспарагиновую кислоту получают добавлением аммиака к фумарату с помощью лиазы. ^[3]

Ссылки

^ «дл-аланин». Органические синтезы . 9 :4. 1929. doi : 10.15227/orgsyn.009.0004 .
^ «а-аминоизомасляная кислота». Органические синтезы . 11 :4. 1931. doi : 10.15227/orgsyn.011.0004 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Драуз, Карлхайнц; Грейсон, Ян; Климанн, Аксель; Криммер, Ганс Петер; Лейхтенбергер, Вольфганг; Векбекер, Кристоф (2006). «Аминокислоты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_057.pub2 . ISBN 978-3527306732 .
^ 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 .
^ Кете, Джеффри Т.; Готье, Дональд Р.; Бютнер, Грегори Л.; Ясуда, Нобуёси (сентябрь 2007 г.). «Краткий синтез ( S ) -N- этоксикарбонил-α-метилвалина». Журнал органической химии . 72 (19): 7469–7472. дои : 10.1021/jo7012862 . ПМИД 17713956 .
^ Ван, Цзюнь; Лю, Сяохуа; Фэн, Сяомин (9 ноября 2011 г.). «Асимметричные реакции Стрекера». Химические обзоры . 111 (11): 6947–6983. дои : 10.1021/cr200057t . ПМИД 21851054 .
^ Зюэнд, Стефан Дж.; Кофлин, Мэтью П.; Лалонд, Матье П.; Якобсен, Эрик Н. (октябрь 2009 г.). «Масштабируемый каталитический асимметричный синтез Стрекера неприродных α-аминокислот» . Природа . 461 (7266): 968–970. Бибкод : 2009Natur.461..968Z . дои : 10.1038/nature08484 . ПМЦ 2778849 . ПМИД 19829379 .
^ Ян, Хайлонг; Сок О, Джун; Ли, Джи-Вун; Ый Сон, Чунг (20 ноября 2012 г.). «Масштабируемые органокаталитические асимметричные реакции Стрекера, катализируемые хиральным генератором цианидов» . Природные коммуникации . 3 (1): 1212. Бибкод : 2012NatCo...3.1212Y . дои : 10.1038/ncomms2216 . ПМИД 23169053 .
^ Носилки, Адольф (1850). «Об искусственном образовании молочной кислоты и нового организма, гомологичного гликоколлу» . Анналы химии и фармации . 75 (1): 27–45. дои : 10.1002/jlac.18500750103 .
^ Jump up to: ^а ^б Носилки, Адольф (1854). «О новом теле, образовавшемся из альдегидов — аммиака и циановодорода» . Анналы химии и фармации . 91 (3): 349–351. дои : 10.1002/jlac.18540910309 .
^ Дэвис, Франклин А.; Редди, Раджаратнам Э.; Портоново, Падма С. (декабрь 1994 г.). «Синтез асимметричного стреккера с использованием энантиочистых сульфиниминов: удобный синтез α-аминокислот». Буквы тетраэдра . 35 (50): 9351–9354. дои : 10.1016/S0040-4039(00)78540-6 .
^ Ишитани, Харуро; Комияма, Сусуму; Хасэгава, Ёсики; Кобаяши, Шу (февраль 2000 г.). «Каталитический синтез асимметричного стреккера. Получение энантиомерно чистых производных α-аминокислот из альдиминов и цианида трибутилолова или ахиральных альдегидов, аминов и цианида водорода с использованием хирального циркониевого катализатора». Журнал Американского химического общества . 122 (5): 762–766. дои : 10.1021/ja9935207 .
^ Хуан, Цзинькунь; Кори, EJ (декабрь 2004 г.). «Новый хиральный катализатор для энантиоселективного синтеза α-аминокислот». Органические письма . 6 (26): 5027–5029. дои : 10.1021/ol047698w . ПМИД 15606127 .
^ Харада, Каору (декабрь 1963 г.). «Асимметричный синтез α-аминокислот методом синтеза Стрекера» . Природа . 200 (4912): 1201. Бибкод : 1963Natur.200.1201H . дои : 10.1038/2001201a0 . ПМИД 14089910 . S2CID 43857409 .
^ Айер, Мани С.; Гигстад, Кеннет М.; Намдев, Ниведита Д.; Липтон, Марк (январь 1996 г.). «Асимметричный катализ синтеза аминокислот Стрекера циклическим дипептидом». Журнал Американского химического общества . 118 (20): 4910–4911. дои : 10.1021/ja952686e . ПМИД 24178715 .
^ Айер, Мани С.; Гигстад, Кеннет М.; Намдев, Ниведита Д.; Липтон, Марк (29 июня 2023 г.). «Опровержение «Асимметричного катализа синтеза аминокислот Стрекера циклическим дипептидом» . Журнал Американского химического общества . doi : 10.1021/jacs.3c03705 . ISSN 0002-7863 .
^ Дуталер, Рудольф О. (январь 1994 г.). «Последние разработки в области стереоселективного синтеза α-аминокислот». Тетраэдр . 50 (6): 1539–1650. дои : 10.1016/S0040-4020(01)80840-1 .

См. также

Реакция Бухерера – Бергса

[1] «дл-аланин». Органические синтезы . 9 :4. 1929. doi : 10.15227/orgsyn.009.0004 .

[2] «а-аминоизомасляная кислота». Органические синтезы . 11 :4. 1931. doi : 10.15227/orgsyn.011.0004 .

[Ullmann-3] Jump up to: ^а ^б ^с Драуз, Карлхайнц; Грейсон, Ян; Климанн, Аксель; Криммер, Ганс 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] Кете, Джеффри Т.; Готье, Дональд Р.; Бютнер, Грегори Л.; Ясуда, Нобуёси (сентябрь 2007 г.). «Краткий синтез ( S ) -N- этоксикарбонил-α-метилвалина». Журнал органической химии . 72 (19): 7469–7472. дои : 10.1021/jo7012862 . ПМИД 17713956 .

[CR-6] Ван, Цзюнь; Лю, Сяохуа; Фэн, Сяомин (9 ноября 2011 г.). «Асимметричные реакции Стрекера». Химические обзоры . 111 (11): 6947–6983. дои : 10.1021/cr200057t . ПМИД 21851054 .

[7] Зюэнд, Стефан Дж.; Кофлин, Мэтью П.; Лалонд, Матье П.; Якобсен, Эрик Н. (октябрь 2009 г.). «Масштабируемый каталитический асимметричный синтез Стрекера неприродных α-аминокислот» . Природа . 461 (7266): 968–970. Бибкод : 2009Natur.461..968Z . дои : 10.1038/nature08484 . ПМЦ 2778849 . ПМИД 19829379 .

[8] Ян, Хайлонг; Сок О, Джун; Ли, Джи-Вун; Ый Сон, Чунг (20 ноября 2012 г.). «Масштабируемые органокаталитические асимметричные реакции Стрекера, катализируемые хиральным генератором цианидов» . Природные коммуникации . 3 (1): 1212. Бибкод : 2012NatCo...3.1212Y . дои : 10.1038/ncomms2216 . ПМИД 23169053 .

[Strecker1850-9] Носилки, Адольф (1850). «Об искусственном образовании молочной кислоты и нового организма, гомологичного гликоколлу» . Анналы химии и фармации . 75 (1): 27–45. дои : 10.1002/jlac.18500750103 .

[Strecker1854-10] Jump up to: ^а ^б Носилки, Адольф (1854). «О новом теле, образовавшемся из альдегидов — аммиака и циановодорода» . Анналы 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.). «Синтез асимметричного стреккера с использованием энантиочистых сульфиниминов: удобный синтез α-аминокислот». Буквы тетраэдра . 35 (50): 9351–9354. дои : 10.1016/S0040-4039(00)78540-6 .

[12] Ишитани, Харуро; Комияма, Сусуму; Хасэгава, Ёсики; Кобаяши, Шу (февраль 2000 г.). «Каталитический синтез асимметричного стреккера. Получение энантиомерно чистых производных α-аминокислот из альдиминов и цианида трибутилолова или ахиральных альдегидов, аминов и цианида водорода с использованием хирального циркониевого катализатора». Журнал Американского химического общества . 122 (5): 762–766. дои : 10.1021/ja9935207 .

[13] Хуан, Цзинькунь; Кори, EJ (декабрь 2004 г.). «Новый хиральный катализатор для энантиоселективного синтеза α-аминокислот». Органические письма . 6 (26): 5027–5029. дои : 10.1021/ol047698w . ПМИД 15606127 .

[14] Харада, Каору (декабрь 1963 г.). «Асимметричный синтез α-аминокислот методом синтеза Стрекера» . Природа . 200 (4912): 1201. Бибкод : 1963Natur.200.1201H . дои : 10.1038/2001201a0 . ПМИД 14089910 . S2CID 43857409 .

[15] Айер, Мани С.; Гигстад, Кеннет М.; Намдев, Ниведита Д.; Липтон, Марк (январь 1996 г.). «Асимметричный катализ синтеза аминокислот Стрекера циклическим дипептидом». Журнал Американского химического общества . 118 (20): 4910–4911. дои : 10.1021/ja952686e . ПМИД 24178715 .

[16] Айер, Мани С.; Гигстад, Кеннет М.; Намдев, Ниведита Д.; Липтон, Марк (29 июня 2023 г.). «Опровержение «Асимметричного катализа синтеза аминокислот Стрекера циклическим дипептидом» . Журнал Американского химического общества . doi : 10.1021/jacs.3c03705 . ISSN 0002-7863 .

[17] Дуталер, Рудольф О. (январь 1994 г.). «Последние разработки в области стереоселективного синтеза α-аминокислот». Тетраэдр . 50 (6): 1539–1650. дои : 10.1016/S0040-4020(01)80840-1 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]