Streckerova syntéza

Streckerova syntéza je metóda prípravy aminokyselín pomocou reakcie aldehydu s amoniakom v prítomnosti kyanovodíka. Je to kondenzačná reakcia, počas ktorej vzniká α-aminonitril, ktorý následne hydrolyzuje za vzniku požadovanej aminokyseliny. Táto metóda sa používa komerčne na syntézu racemátu metionínu z metionálu. 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.
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.
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.
Príkladom použitia Streckerovej syntéza vo veľkom merítku je syntéza derivátu -valínu, ktorá začína metylizopropylketónom:
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.
Asymetrickú Streckerovu syntézu možno ovplyvniť pomocou katalyzátorov odvodených od tiomočoviny. V roku 2012 bol opísaný postup využívajúci katalyzátor odvodený od BINOLu, pomocou ktorého vzniká chirálny kyanidový anión.
História.
Nemecký chemik Adolph Strecker objavil sériu chemických reakcií, ktorými vznikali aminokyseliny z aldehydov alebo ketónov. 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.
Klasickou Streckerovou syntézou vznikajú racemáty α-aminokyselín, ale bolo vyvinutých niekoľko alternatívnych reakcií, ktoré využívajú chirálnych pomocníkov alebo asymetrické katalyzátory.
V roku 1963 opísal Harada asymetrickú Streckerovu syntézu. Prvá asymetrická syntéza s použitím chirálneho katalyzátora bola opísaná v roku 1996, avšak v roku 2023 bol tento článok stiahnutý, pretože sa autorom nepodarilo výsledky replikovať.
Komerčná syntéza aminokyselín.
Existuje niekoľko ďalších metód syntézy aminokyselín mimo Streckerovej syntézy.
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 -cysteínu. Aspartát vzniká pridaním amoniaku k fumarátu v reakcii katalzyovanej lyázou.
Jednou z najstarších metód je bromácia α-uhlíka karboxylovej kyseliny. Nukleofilnou substitúciou za amoniak potom z alkylbromidu vzniká aminokyselina.