Streckerova syntéza

Streckerova syntéza
Pomenovaná podľa	Adolph Strecker
Typ reakcie	Substitučná reakcia
Identifikátory
Organic Chemistry Portal	strecker-synthesis
RSC ontology ID	RXNO:0000207

Streckerova syntéza je metóda prípravy aminokyselín pomocou reakcie aldehydu s amoniakom v prítomnosti kyanovodíka.[1] Je to kondenzačná reakcia, počas ktorej vzniká α-aminonitril, ktorý následne hydrolyzuje za vzniku požadovanej aminokyseliny.[2][3] Táto metóda sa používa komerčne na syntézu racemátu metionínu z metionálu.[4] Všeobecne sa dá rakcia zapísať ako:

Pri použití amónnych solí (namiesto amoniaku) vznikajú nesubstituované aminokyseliny, pri použití primárnych a sekundárnych amínov vznikajú N-substituované aminokyseliny. Obdobne, použitím ketónov namiesto aldehydov vznikajú α,α-disubstituované aminokyseliny.[5]

Reakčný mechanizmus

V prvej časti reakcie dochádza k protonácii karbonylového kyslíka aldehydu. Nasleduje nukleofilný atak amoniaku na karbonylový uhlík. Po výmene protónu sa odštiepi voda a vznikne imíniový katiónový intermediát. Následne dochádza k ataku kyanidového aniónu, čím vzniká aminonitril.

Mechanism of the Strecker-Synthesis, part 1.

V druhej časti Streckerovej syntézy sa protonuje nitrilový dusík a molekula vody atakuje nitrilový uhlík. Presunom protónu vzniká 1,2-diamino-1,1-diol a dochádza k nukleofilnému ataku vody na uhlík, ktorý bol pôvodne súčasťou nitrilu. Z molekuly sa odštiepi amoniak po tom, čo sa protonuje aminoskupina, a nakoniec deprotonáciou hydroxylovej skupiny vzniká aminokyselina.

Mechanism of the Strecker synthesis

Príkladom použitia Streckerovej syntéza vo veľkom merítku je syntéza derivátu L-valínu, ktorá začína metylizopropylketónom:[6][Pozn. 1]

Asymetrická Streckerova syntéza

Bola vyvinutá aj asymetrická Streckerova syntéza, počas ktorej vzniká preferenčne jeden enantiomér. Nahradením amoniaku za (S)-α-fenyletylamín, ktorý slúži ako chirálny pomocník, vzniká chirálny alanín.[7]

Asymetrickú Streckerovu syntézu možno ovplyvniť pomocou katalyzátorov odvodených od tiomočoviny.[8] V roku 2012 bol opísaný postup využívajúci katalyzátor odvodený od BINOLu, pomocou ktorého vzniká chirálny kyanidový anión.[9]

História

Nemecký chemik Adolph Strecker objavil sériu chemických reakcií, ktorými vznikali aminokyseliny z aldehydov alebo ketónov.[10][11] Pomocou amoniaku alebo amónnych solí vznikajú nesubstituované aminokyseliny. V pôvodnej Streckerovej syntéze reagujú acetaldehyd, amoniak a kyanovodík za vzniku alanínu. Pri použití primárnych alebo sekundárnych amínov namimesto amoniaku vznikajú N-substituované aminokyseliny.[11]

Klasickou Streckerovou syntézou vznikajú racemáty α-aminokyselín, ale bolo vyvinutých niekoľko alternatívnych reakcií, ktoré využívajú chirálnych pomocníkov[12] alebo asymetrické katalyzátory.[13][14]

V roku 1963 opísal Harada asymetrickú Streckerovu syntézu.[15] Prvá asymetrická syntéza s použitím chirálneho katalyzátora bola opísaná v roku 1996,[16] avšak v roku 2023 bol tento článok stiahnutý, pretože sa autorom nepodarilo výsledky replikovať.[17]

Komerčná syntéza aminokyselín

Existuje niekoľko ďalších metód syntézy aminokyselín mimo Streckerovej syntézy.[4][18]

Komerčná produkcia aminokyselín zvyčajne využíva mutantné baktérie, ktoré nadprodukujú konkrétne aminokyseliny z glukózy, ktorú využívajú ako zdroj uhlíka. Okrem toho vznikajú aminokyseliny pomocou enzýmov zo syntetických intermediátov. Kyselina 2-aminotiazolín-4-karboxylová je intermediát v jednej priemyselnej syntéze L-cysteínu. Aspartát vzniká pridaním amoniaku k fumarátu v reakcii katalzyovanej lyázou.[4]

Jednou z najstarších metód je bromácia α-uhlíka karboxylovej kyseliny. Nukleofilnou substitúciou za amoniak potom z alkylbromidu vzniká aminokyselina.[19]

Poznámky

1. Produkt reakcie 3-metyl-2-butanónu s kyanidom sodným a amoniakom sa chirálne rozlíši pomocou kyseliny vínnej. Vzniknutá aminokyselina sa potom izoluje pomocou dicyklohexylamínu.

Referencie

1. DEVÍNSKY, Ferdinand. Organická chémia. 2. prepracované a doplnené. vyd. Bratislava : Osveta, 2013. ISBN 9788080633882. S. 508.
2. dl-ALANINE. Organic Syntheses, 1929, s. 4. DOI: 10.15227/orgsyn.009.0004.
3. a-AMINOISOBUTYRIC ACID. Organic Syntheses, 1931, s. 4. DOI: 10.15227/orgsyn.011.0004.
4. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. [s.l.] : Wiley, 2003-03-11. (1.) DOI: 10.1002/14356007. Dostupné online. ISBN 978-3-527-30385-4. DOI:10.1002/14356007.a02_057.pub2 (po anglicky)
5. Catalytic Enantioselective Strecker Reaction of Ketoimines. Journal of the American Chemical Society, May 2003, s. 5634–5635. DOI: 10.1021/ja034980+. PMID 12733893.
6. A Concise Synthesis of (S)-N-Ethoxycarbonyl-α-methylvaline. The Journal of Organic Chemistry, September 2007, s. 7469–7472. DOI: 10.1021/jo7012862. PMID 17713956.
7. Asymmetric Strecker Reactions. Chemical Reviews, 9 November 2011, s. 6947–6983. DOI: 10.1021/cr200057t. PMID 21851054.
8. Scaleable catalytic asymmetric Strecker syntheses of unnatural α-amino acids. Nature, October 2009, s. 968–970. DOI: 10.1038/nature08484. PMID 19829379.
9. Scalable organocatalytic asymmetric Strecker reactions catalysed by a chiral cyanide generator. Nature Communications, 20 November 2012, s. 1212. DOI: 10.1038/ncomms2216. PMID 23169053.
10. 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.
11. 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.
12. Asymmetric strecker synthesis using enantiopure sulfinimines: A convenient synthesis of α-amino acids. Tetrahedron Letters, December 1994, s. 9351–9354. DOI: 10.1016/S0040-4039(00)78540-6.
13. 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, February 2000, s. 762–766. DOI: 10.1021/ja9935207.
14. A New Chiral Catalyst for the Enantioselective Strecker Synthesis of α-Amino Acids. Organic Letters, December 2004, s. 5027–5029. DOI: 10.1021/ol047698w. PMID 15606127.
15. Asymmetric Synthesis of α-Amino-acids by the Strecker Synthesis. Nature, December 1963, s. 1201. DOI: 10.1038/2001201a0. PMID 14089910.
16. Asymmetric Catalysis of the Strecker Amino Acid Synthesis by a Cyclic Dipeptide. Journal of the American Chemical Society, January 1996, s. 4910–4911. DOI: 10.1021/ja952686e. PMID 24178715.
17. IYER, Mani S.; GIGSTAD, Kenneth M.; NAMDEV, Nivedita D.. Retraction of “Asymmetric Catalysis of the Strecker Amino Acid Synthesis by a Cyclic Dipeptide″. Journal of the American Chemical Society, 2023-07-12, roč. 145, čís. 27, s. 15016–15016. Dostupné online [cit. 2023-10-22]. ISSN 0002-7863. DOI: 10.1021/jacs.3c03705. (po anglicky)
18. Recent developments in the stereoselective synthesis of α-aminoacids. Tetrahedron, January 1994, s. 1539–1650. DOI: 10.1016/S0040-4020(01)80840-1.
19. MCMURRY, John. Organic chemistry. Pacific Grove, CA, USA : Brooks/Cole, 1996. Dostupné online. ISBN 978-0-534-23832-2. S. 1064.

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Strecker amino acid synthesis na anglickej Wikipédii.