Синтез Kiliani-Фишер , названный в честь немецкого химики Генриха Kiliani и Германа Эмиля Фишера , является методом синтеза моносахаридов . Это происходит с помощью синтеза и гидролиза в виде цианогидрина , таким образом , удлиняя углеродную цепь с альдозами на один атом углерода при сохранении стереохимии на все ранее присутствующий хиральных атомах углерода. Новый хиральный углерод образуется с обеими стереохимиями, поэтому продукт синтеза Килиани-Фишера представляет собой смесь двух диастереомерных сахаров, называемых эпимерами.. Например, D - арабиноз превращают в смесь D - глюкозы и D - манноз .
Классический синтез Килиани – Фишера
Исходная версия синтеза Килиани-Фишера протекает через циангидрин и лактоновые промежуточные соединения альдоновой кислоты . Первый шаг - взаимодействие исходного сахара с водным цианидом (обычно NaCN); цианид подвергается нуклеофильному присоединению к карбонильной группе сахара (в то время как сахара, как правило, существуют в основном в виде циклического полуацеталя , они всегда находятся в химическом равновесии с их формами альдегида или кетона с открытой цепью , и в случае этих альдозов это альдегид форма, которая вступает в реакцию в этом синтезе). Циангидрин в результате этого добавления нагревает в воде, который гидролизует в цианид в карбоксильную группу , которая быстро вступает в реакции с самими собой , чтобы сформировать более стабильный лактон . Теперь в реакционной смеси присутствуют два диастереомерных лактона. Их разделяют ( хроматографией , разделением на разные растворители или любым из множества других методов разделения ), а затем желаемый лактон восстанавливают с помощью амальгамы натрия . Как показано ниже, D - арабиноз превращает в смесь D - glucononitrile и D - mannononitrile , который затем превращает в D - глюконолактон и D - mannonolactone , разделен, и восстанавливает до D - глюкоза или D - манноз . Химический выход по этому методу, по оценкам, около 30%.
Улучшенная версия
Совсем недавно был разработан улучшенный метод восстановления, который дает несколько более высокий выход более крупных сахаров. Вместо превращения циангидрина в лактон циангидрин восстанавливают водородом с использованием палладия на сульфате бария в качестве катализатора и воды в качестве растворителя с образованием имина . Из-за присутствия воды имин быстро гидролизуется с образованием альдегида, поэтому конечные сахара производятся всего за две стадии, а не за три. Разделение изомеров затем выполняется на стадии самих сахарных продуктов, а не на промежуточных лактонных продуктах. Специальный катализатор необходим, чтобы избежать дальнейшего восстановления альдегидной группы до гидроксильной группы, что приведет к образованию альдита . Эти катализаторы, ограничивающие гидрирование до одной стадии, называются отравленными катализаторами ; Другой пример - палладий Lindlar . Реакции ниже иллюстрируют этот усовершенствованный способ превращения L - треоз к L - ликсоз и L - ксилоза .
Использование и ограничения
Оба энантиомера глицеральдегида коммерчески доступны, поэтому можно получить доступ к любому стереоизомеру альдозы с любой длиной цепи путем соответствующего количества повторных применений синтеза Килиани-Фишера. Триозы D -glyceraldehyde ( 1 ) приводит к tetroses D -erythrose ( 2a ) и D -threose ( 2b ). Те приводит к пентозам D -ribose ( 3a ) и D арабинозы ( 3b ), и D -xylose ( 3с ) и D -lyxose ( 3d ), соответственно. Следующая итерация приводит к гексозам D -аллозы ( 4a ) и D- альтрозы ( 4b ), D- глюкозы ( 4c ) и D- маннозы ( 4d ), D- гулозы ( 4e ) и D -идозы ( 4f ) и D- галактоза ( 4 г ) и D- талоза ( 4 ч ). В D - гептозы и за ее пределы доступны, продолжая последовательность и Энантиомерная L серия доступна, начиная последовательность с L -glyceraldehyde.
На практике синтез Килиани – Фишера обычно используется для производства сахаров, которые трудно или невозможно получить из природных источников. Хотя он обеспечивает доступ ко всем возможным стереоизомерам любой желаемой альдозы, процесс ограничен низким выходом и использованием токсичных реагентов. Кроме того, процесс требует наличия предыдущего сахара в серии, что само по себе может потребовать значительной синтетической работы, если он недоступен. Например, если используются последовательные итерации синтеза Килиани – Фишера, общий доход падает примерно экспоненциально для каждой дополнительной итерации.
Этот процесс обеспечивает прямой доступ только к альдозам, тогда как некоторые представляющие интерес сахара могут быть кетозами. Некоторые кетозы могут быть получены из подобных альдоз путем изомеризации через промежуточное соединение ендиола ; например, при стоянии в водной основе глюкоза , фруктоза и манноза будут медленно взаимопревращаться, поскольку они имеют общую форму ендиола. (См. Преобразование Лобри де Брюна – ван Экенштейна ). Некоторые необычные сахара также доступны через добавление альдола .
Смотрите также
- Реакции омологации
- Деградация Воля
Рекомендации
- Кэри, Фрэнсис А. (2006). Органическая химия, шестое издание, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 0-07-111562-5 .