Syntéza Kiliani – Fischer - Kiliani–Fischer synthesis

The Kiliani – Fischerova syntéza, pojmenovaný pro Němec chemici Heinrich Kiliani a Hermann Emil Fischer, je metoda pro syntetizovat monosacharidy. Postupuje syntézou a hydrolýza a kyanohydrin, čímž se prodlužuje uhlíkový řetězec an aldose o jeden atom uhlíku při zachování stereochemie na všechny dříve přítomné chirální uhlíky. Nový chirální uhlík se vyrábí oběma stereochemiemi, takže produkt syntézy Kiliani – Fischer je směsí dvou diastereomerní cukry, tzv epimery. Například, D-arabinóza se převede na směs D-glukóza a D-manóza.

Klasická syntéza Kiliani – Fischer

Původní verze syntézy Kiliani – Fischer pokračuje kyanohydrin a kyselina aldonová lakton meziprodukty. Prvním krokem je reakce výchozího cukru s vodným kyanid (typicky NaCN); kyanid prochází nukleofilní adice do karbonyl skupina cukru (zatímco cukry mají tendenci existovat hlavně jako cyklický poloacetal, jsou vždy uvnitř chemická rovnováha s jejich otevřeným řetězcem aldehyd nebo keton forem, a v případě těchto aldózy je to ta forma aldehydu, která reaguje při této syntéze). The kyanohydrin vzniklý tímto přídavkem se zahřívá ve vodě, která hydrolyzuje the kyanid do karboxylová kyselina skupina, která rychle reaguje sama se sebou a vytvoří stabilnější lakton. Nyní jsou v reakční směsi dva diastereomerní laktony. Jsou odděleny ( chromatografie rozdělit do různých rozpouštědel nebo do některého z mnoha dalších oddělení metody) a poté se požadovaný lakton redukuje a amalgám sodný. Jak je znázorněno níže, D-arabinóza se převede na směs D-glukononitril a D-mannononitril, který je poté převeden na D-glukonolakton a D-mannonolakton, oddělené a redukované na D-glukóza nebo D-manóza. The chemický výtěžek touto metodou bývá kolem 30%.

Kroky Kiliani-Fischerovy syntézy D-glukóza a jeho C-2 epimer, D-manóza, z D-arabinóza

Vylepšená verze

V poslední době byla vyvinuta vylepšená metoda redukce, která produkuje poněkud vyšší výtěžky větších cukrů. Místo přeměny kyanohydrinu na lakton je to kyanohydrin snížena s vodík, použitím palladium na síran barnatý jako katalyzátor a voda jako solventní, založit já těžím. Díky přítomnosti vody imin rychle hydrolyzuje za vzniku aldehydu, takže konečné cukry se vyrábějí spíše ve dvou krocích než ve třech. Separace izomerů se potom provádí spíše ve stadiu samotných cukrových produktů než v laktonových meziproduktech. Je zapotřebí speciální katalyzátor, aby se zabránilo dalšímu snižování aldehyd skupina do a hydroxyl skupina, která by poskytla alditol. Tyto katalyzátory, které omezují hydrogenace do jednoho kroku otrávené katalyzátory; Lindlar palladium je dalším příkladem. Níže uvedené reakce ilustrují tuto vylepšenou metodu pro převod z L-threose na L-lyxóza a L-xylóza.

Použití a omezení

Oba enantiomery glyceraldehydu jsou komerčně dostupné, takže lze získat přístup ke kterémukoli stereoizomeru jakékoli aldózy o délce řetězce vhodným počtem opakovaných aplikací Kiliani-Fischerovy syntézy. The triose D-glyceraldehyd (1) vede k tetrózy D-erythrose (2a) a D- threose (2b). Ty vedou k pentózy D-ribose (3a) a D-arabinóza (3b), a D-xylosa (3c) a D-xóza (3d). Další iterace vede k hexózy D-alóza (4a) a D-altrosa (4b), D-glukóza (4c) a D-manóza (4d), D-gulosa (4e) a D-dávka (4f), a D-galaktóza (4 g) a D-talosa (4h). The D-heptosy a dále jsou dostupné pokračováním sekvence a enantiomerní L série je k dispozici spuštěním sekvence s L-glyceraldehyd.

Postupné iterace Kiliani-Fischerovy syntézy umožňují přístup ke všem diastereomerům jakékoli délky řetězce pro specifickou absolutní stereochemii počátečního reaktantu

V praxi se syntéza Kiliani – Fischer obvykle používá k výrobě cukrů, které je obtížné nebo nemožné získat z přírodních zdrojů. I když poskytuje přístup ke každému možnému stereoizomeru jakékoli požadované aldózy, je proces omezen nízkým výtěžkem a použitím toxických činidel. Kromě toho tento proces vyžaduje zásobu předchozího cukru v sérii, což může samo vyžadovat podstatnou syntetickou práci, pokud není snadno dostupné. Například pokud se použijí postupné iterace Kiliani-Fischerovy syntézy, celkový výnos klesá přibližně exponenciálně pro každou další iteraci.

Proces poskytuje pouze přímý přístup k aldózám, zatímco některými zajímavými cukry mohou být místo toho ketózy. Některé ketózy mohou být přístupné z podobných aldóz izomerací pomocí enediol středně pokročilí; například při stání ve vodné bázi, glukóza, fruktóza, a manóza budou pomalu interkonvertovat, protože mají podobu enediolu. (Vidět Lobry de Bruyn – van Ekensteinova transformace ). Některé neobvyklé cukry jsou také dostupné prostřednictvím přidání aldolu.

Viz také

Reference

Carey, Francis A. (2006). Organic Chemistry, Sixth Edition, New York, NY: McGraw-Hill. ISBN 0-07-111562-5.