Синтез Килиани – Фишера - Kiliani–Fischer synthesis
В Синтез Килиани – Фишера, названный в честь Немецкий химики Генрих Килиани и Герман Эмиль Фишер, это метод для синтезирующий моносахариды. Он протекает через синтез и гидролиз из циангидрин, таким образом удлиняя углеродную цепь альдоза на один атом углерода при сохранении стереохимия на все ранее присутствовавшие хиральный углерода. Новый хиральный углерод производится с обеими стереохимическими характеристиками, поэтому продукт синтеза Килиани – Фишера представляет собой смесь двух диастереомерный сахара, называемые эпимеры. Например, D-арабиноза превращается в смесь D-глюкоза и D-манноза.
Классический синтез Килиани – Фишера
Исходная версия синтеза Килиани – Фишера проходит через циангидрин и альдоновая кислота лактон промежуточные звенья. Первый шаг - реакция исходного сахара с водным цианид (обычно NaCN); цианид подвергается нуклеофильное присоединение к карбонил группа сахара (в то время как сахара, как правило, существуют в основном в виде циклический полуацеталь, они всегда в химическое равновесие с их открытой цепью альдегид или же кетон формы, и в случае этих альдозы это та альдегидная форма, которая вступает в реакцию в этом синтезе). В циангидрин полученная в результате этого добавка нагревается в воде, которая гидролизует то цианид в карбоновая кислота группа, которая быстро реагирует сама с собой, чтобы сформировать более стабильную лактон. Теперь в реакционной смеси присутствуют два диастереомерных лактона. Они разделены ( хроматография, разделение на разные растворители или любой из множества других разделение методов), а затем желаемый лактон восстанавливается с помощью амальгама натрия. Как показано ниже, D-арабиноза превращается в смесь D-глюкононитрил и D-маннононитрил, который затем преобразуется в D-глюконолактон и D-маннонолактон, разделены и сведены к D-глюкоза или же D-манноза. В химический выход этим методом составляет 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 уменьшенный с водород, с помощью палладий на сульфат бария как катализатор и вода как растворитель, чтобы сформировать я добываю. Из-за присутствия воды имин быстро гидролизуется с образованием альдегида, поэтому конечный сахар производится 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 снижения альдегид группа в гидроксил группа, которая даст альдитол. Эти катализаторы, ограничивающие гидрирование к одному шагу называются отравленные катализаторы; Линдлар палладий другой пример. Приведенные ниже реакции иллюстрируют этот улучшенный метод превращения L-треоза к L-ликсоза 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. В триоза D-глицеральдегид (1) приводит к тетрозы D-эритроза (2а) и D-треоза (2b). Те приводят к пентозы D-рибоза (3а) и D-арабиноза (3b), и D-ксилоза (3c) и D-ликсоза (3D), соответственно. Следующая итерация приводит к гексозы D-allose (4а) и D-альтроза (4b), D-глюкоза (4c) и D-манноза (4d), D-гулоза (4e) и D-идоза (4f), и D-галактоза (4 г) и D-талоза (4ч). В D-гептозы и далее доступны при продолжении последовательности, а энантиомерные L доступна, если начать последовательность с L-глицеральдегид.
На практике синтез Килиани – Фишера обычно используется для производства сахаров, которые трудно или невозможно получить из природных источников. Хотя он действительно обеспечивает доступ ко всем возможным стереоизомерам любой желаемой альдозы, процесс ограничен его низким выходом и использованием токсичных реагентов. Кроме того, процесс требует наличия сахара из предыдущего ряда, что само по себе может потребовать значительной синтетической работы, если он недоступен. Например, если используются последовательные итерации синтеза Килиани – Фишера, общий доход падает приблизительно 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 доступны из аналогичных альдоз путем изомеризации через эндиол средний; например, при стоянии в водной основе, глюкоза, фруктоза, и манноза будут медленно взаимопревращаться, так как они разделяют форму ендиола. (Видеть Преобразование Лобри де Брюйна – ван Экенштейна ). Некоторые необычные сахара также доступны через добавление альдола.
Смотрите также
Рекомендации
- Кэри, Фрэнсис А. (2006). Органическая химия, шестое издание, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 0-07-111562-5.