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Síntesis de aminoácidos de Strecker

La síntesis de aminoácidos de Strecker , también conocida simplemente como síntesis de Strecker, es un método para la síntesis de aminoácidos mediante la reacción de un aldehído con cianuro en presencia de amoníaco . La reacción de condensación produce un α-aminonitrilo, que posteriormente se hidroliza para dar el aminoácido deseado. [1] [2] El método se utiliza para la producción comercial de metionina racémica a partir de metional . [3]

Las aminas primarias y secundarias también dan lugar a aminoácidos N-sustituidos. Asimismo, el uso de cetonas , en lugar de aldehídos, da lugar a aminoácidos α,α-disustituidos. [4]

Mecanismo de reacción

En la primera parte de la reacción, se protona el oxígeno del grupo carbonilo de un aldehído , seguido de un ataque nucleofílico del amoníaco al carbono carbonílico. Después del intercambio de protones, el agua se separa del ion iminio intermedio. A continuación, un ion cianuro ataca al carbono iminio y produce un aminonitrilo.

Mecanismo de la síntesis de Strecker, parte 1.
Mecanismo de la síntesis de Strecker, parte 1.

En la segunda parte de la síntesis de Strecker, el nitrógeno nítrico del aminonitrilo se protona y el carbono nítrico es atacado por una molécula de agua. A continuación, se forma un 1,2-diamino-diol tras el intercambio de protones y un ataque nucleofílico del agua al antiguo carbono nítrico. A continuación, se elimina el amoniaco tras la protonación del grupo amino y, finalmente, la desprotonación de un grupo hidroxilo produce un aminoácido .

Mecanismo de la síntesis de Strecker
Mecanismo de la síntesis de Strecker

Reacciones de Strecker asimétricas

Un ejemplo de la síntesis de Strecker es una síntesis a escala de varios kilogramos de un derivado de L-valina a partir de metil isopropil cetona : [5]

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

El producto de reacción inicial de 3-metil-2-butanona con cianuro de sodio y amoníaco se resuelve mediante la aplicación de ácido L-tartárico . Por el contrario, las reacciones de Strecker asimétricas no requieren un agente de resolución. Al reemplazar el amoníaco con (S)-alfa-feniletilamina como auxiliar quiral, el producto de reacción final fue la alanina quiral . [6]

Síntesis catalítica asimétrica de Strecker. El catalizador 1a se basa en 1,1′-Bi-2-naftol quiral (BINOL), donde la "R" indica la quiralidad. "Boc" es el grupo protector terc-butiloxicarbonilo .

La reacción catalítica asimétrica de Strecker se puede efectuar utilizando catalizadores derivados de tiourea . [7] En 2012, se empleó un catalizador derivado de BINOL para generar anión cianuro quiral (ver figura). [8]

Historia

El químico alemán Adolph Strecker descubrió la serie de reacciones químicas que producen un aminoácido a partir de un aldehído o una cetona . [9] [10] El uso de amoníaco o sales de amonio en esta reacción da lugar a aminoácidos no sustituidos. En la reacción original de Strecker, el acetaldehído , el amoníaco y el cianuro de hidrógeno se combinaron para formar, tras la hidrólisis, alanina . Se demostró que el uso de aminas primarias y secundarias en lugar de amonio produce aminoácidos N-sustituidos. [10]

La síntesis clásica de Strecker produce mezclas racémicas de α-aminoácidos como productos, pero se han desarrollado varios procedimientos alternativos que utilizan auxiliares asimétricos [11] o catalizadores asimétricos [12] [13] .

La reacción asimétrica de Strecker fue descrita por Harada en 1963. [14] La primera síntesis asimétrica descrita a través de un catalizador quiral fue publicada en 1996. [15] Sin embargo, esta fue retractada en 2023. [16]

Síntesis comerciales de aminoácidos

Existen varios métodos para sintetizar aminoácidos además de la síntesis de Strecker. [17] [3]

Sin embargo, la producción comercial de aminoácidos suele depender de bacterias mutantes que producen en exceso aminoácidos individuales utilizando glucosa como fuente de carbono. De lo contrario, los aminoácidos se producen mediante conversiones enzimáticas de intermediarios sintéticos. El ácido 2-aminotiazolina-4-carboxílico es un intermediario en una síntesis industrial de L- cisteína . El ácido aspártico se produce mediante la adición de amoníaco al fumarato utilizando una liasa. [3]

Referencias

  1. ^ "dl-Alanina". Síntesis orgánicas . 9 : 4. 1929. doi :10.15227/orgsyn.009.0004.
  2. ^ "Ácido a-aminoisobutírico". Síntesis orgánicas . 11 : 4. 1931. doi :10.15227/orgsyn.011.0004.
  3. ^ abc Drauz, Karlheinz; Grayson, Ian; Kleemann, Axel; Krimmer, Hans-Peter; Leuchtenberger, Wolfgang; Weckbecker, Christoph (2006). "Aminoácidos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a02_057.pub2. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ Masumoto, Shuji; Usuda, Hiroyuki; Suzuki, Masato; Kanai, Motomu; Shibasaki, Masakatsu (mayo de 2003). "Reacción catalítica enantioselectiva de Strecker de cetoiminas". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 125 (19): 5634–5635. doi :10.1021/ja034980+. PMID  12733893.
  5. ^ Kuethe, Jeffrey T.; Gauthier, Donald R.; Beutner, Gregory L.; Yasuda, Nobuyoshi (septiembre de 2007). "Una síntesis concisa de ( S )- N -Etoxicarbonil-α-metilvalina". The Journal of Organic Chemistry . 72 (19): 7469–7472. doi :10.1021/jo7012862. PMID  17713956.
  6. ^ Wang, Jun; Liu, Xiaohua; Feng, Xiaoming (9 de noviembre de 2011). "Reacciones asimétricas de Strecker". Chemical Reviews . 111 (11): 6947–6983. doi :10.1021/cr200057t. PMID  21851054.
  7. ^ Zuend, Stephan J.; Coughlin, Matthew P.; Lalonde, Mathieu P.; Jacobsen, Eric N. (octubre de 2009). "Síntesis de Strecker asimétricas catalíticas escalables de α-aminoácidos no naturales". Nature . 461 (7266): 968–970. Bibcode :2009Natur.461..968Z. doi :10.1038/nature08484. PMC 2778849 . PMID  19829379. 
  8. ^ Yan, Hailong; Suk Oh, Joong; Lee, Ji-Woong; Eui Song, Choong (20 de noviembre de 2012). "Reacciones de Strecker asimétricas organocatalíticas escalables catalizadas por un generador de cianuro quiral". Nature Communications . 3 (1): 1212. Bibcode :2012NatCo...3.1212Y. doi : 10.1038/ncomms2216 . PMID  23169053.
  9. ^ Strecker, Adolfo (1850). "Ueber die künstliche Bildung der Milchsäure und einen neuen, dem Glycocoll homologen Körper". Annalen der Chemie und Pharmacie . 75 (1): 27–45. doi :10.1002/jlac.18500750103.
  10. ^ ab Strecker, Adolf (1854). "Ueber einen neuen aus Aldehyd - Ammoniak und Blausäure entstehenden Körper". Annalen der Chemie und Pharmacie . 91 (3): 349–351. doi :10.1002/jlac.18540910309.
  11. ^ Davis, Franklin A.; Reddy, Rajarathnam E.; Portonovo, Padma S. (diciembre de 1994). "Síntesis asimétrica de strecker utilizando sulfiniminas enantiopuras: una síntesis conveniente de α-aminoácidos". Tetrahedron Letters . 35 (50): 9351–9354. doi :10.1016/S0040-4039(00)78540-6.
  12. ^ Ishitani, Haruro; Komiyama, Susumu; Hasegawa, Yoshiki; Kobayashi, Shū (febrero de 2000). "Síntesis catalítica asimétrica de Strecker. Preparación de derivados de α-aminoácidos enantioméricamente puros a partir de aldiminas y cianuro de tributilestaño o aldehídos aquirales, aminas y cianuro de hidrógeno utilizando un catalizador de circonio quiral". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 122 (5): 762–766. doi :10.1021/ja9935207.
  13. ^ Huang, Jinkun; Corey, EJ (diciembre de 2004). "Un nuevo catalizador quiral para la síntesis enantioselectiva de Strecker de α-aminoácidos". Organic Letters . 6 (26): 5027–5029. doi :10.1021/ol047698w. PMID  15606127.
  14. ^ Harada, Kaoru (diciembre de 1963). "Síntesis asimétrica de α-aminoácidos mediante la síntesis de Strecker". Nature . 200 (4912): 1201. Bibcode :1963Natur.200.1201H. doi : 10.1038/2001201a0 . PMID  14089910. S2CID  43857409.
  15. ^ Iyer, Mani S.; Gigstad, Kenneth M.; Namdev, Nivedita D.; Lipton, Mark (enero de 1996). "Catálisis asimétrica de la síntesis de aminoácidos de Strecker por un dipéptido cíclico". Journal of the American Chemical Society . 118 (20): 4910–4911. doi :10.1021/ja952686e. PMID  24178715.
  16. ^ Iyer, Mani S.; Gigstad, Kenneth M.; Namdev, Nivedita D.; Lipton, Mark (29 de junio de 2023). "Retractación de "Catálisis asimétrica de la síntesis de aminoácidos de Strecker por un dipéptido cíclico″". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . doi : 10.1021/jacs.3c03705 . ISSN  0002-7863.
  17. ^ Duthaler, Rudolf O. (enero de 1994). "Desarrollos recientes en la síntesis estereoselectiva de α-aminoácidos". Tetrahedron . 50 (6): 1539–1650. doi :10.1016/S0040-4020(01)80840-1.

Véase también