La síntesis de Kiliani-Fischer , llamada así por los químicos alemanes Heinrich Kiliani y Hermann Emil Fischer , es un método para sintetizar monosacáridos . Procede a través de la síntesis e hidrólisis de una cianohidrina , alargando así la cadena de carbono de una aldosa en un átomo de carbono mientras se conserva la estereoquímica en todos los carbonos quirales previamente presentes . El nuevo carbono quiral se produce con ambas estereoquímicas, por lo que el producto de una síntesis de Kiliani-Fischer es una mezcla de dos azúcares diastereoméricos , llamados epímeros.. Por ejemplo, la D - arabinosa se convierte en una mezcla de D - glucosa y D - manosa .
Síntesis clásica de Kiliani-Fischer
La versión original de la síntesis de Kiliani-Fischer procede a través de intermediarios de cianohidrina y lactona de ácido aldónico . El primer paso es hacer reaccionar el azúcar de partida con cianuro acuoso (típicamente NaCN); el cianuro sufre una adición nucleofílica al grupo carbonilo del azúcar (mientras que los azúcares tienden a existir principalmente como hemiacetal cíclico , siempre están en equilibrio químico con sus formas de aldehído o cetona de cadena abierta , y en el caso de estas aldosas es el aldehído forma que reacciona en esta síntesis). La cianhidrina resultante de esta adición se calienta en agua, que hidroliza el cianuro en un grupo de ácido carboxílico que reacciona rápidamente consigo mismo para formar una lactona más estable . Ahora hay dos lactonas diastereoisómeras en la mezcla de reacción. Se separan (mediante cromatografía , se reparten en diferentes disolventes o cualquiera de los numerosos métodos de separación ) y luego se reduce la lactona deseada con una amalgama de sodio . Como se ilustra a continuación, la D - arabinosa se convierte en una mezcla de D - glucononitrilo y D - manononitrilo , que luego se convierte en D - gluconolactona y D - manonolactona , se separa y se reduce a D - glucosa o D - manosa . El rendimiento químico por este método se estima en alrededor del 30%.
Versión mejorada
Más recientemente, se ha desarrollado un método de reducción mejorado que produce rendimientos algo más altos de los azúcares más grandes. En lugar de convertir la cianhidrina en lactona, la cianhidrina se reduce con hidrógeno , usando paladio sobre sulfato de bario como catalizador y agua como disolvente , para formar una imina . Debido a la presencia de agua, la imina se hidroliza rápidamente para formar un aldehído, por lo que los azúcares finales se producen en solo dos pasos en lugar de tres. La separación de los isómeros se realiza luego en la etapa de los propios productos de azúcar en lugar de en los intermedios de lactona. El catalizador especial es necesario para evitar una mayor reducción del grupo aldehído a un grupo hidroxilo , que produciría un alditol . Estos catalizadores que limitan la hidrogenación a un solo paso se denominan catalizadores envenenados ; El paladio lindlar es otro ejemplo. Las reacciones siguientes ilustran este método mejorado para la conversión de L - treosa en L - lixosa y L - xilosa .
Usos y limitaciones
Ambos enantiómeros de gliceraldehído están disponibles comercialmente, por lo que se puede acceder a cualquier estereoisómero de cualquier aldosa de longitud de cadena mediante un número apropiado de aplicaciones repetidas de la síntesis de Kiliani-Fischer. La triosa D -gliceraldehído ( 1 ) conduce a las tetrosas D -eritrosa ( 2a ) y D- treosa ( 2b ). Aquellos conducen a las pentosas D- ribosa ( 3a ) y D -arabinosa ( 3b ), y D -xilosa ( 3c ) y D -lixosa ( 3d ), respectivamente. La siguiente iteración lleva a las hexosas D -alosa ( 4a ) y D -altrosa ( 4b ), D -glucosa ( 4c ) y D -manosa ( 4d ), D -gulosa ( 4e ) y D -idosa ( 4f ) D -galactosa ( 4g ) y D -talosa ( 4h ). Las D - heptosis y más están disponibles al continuar la secuencia, y la serie L enantiomérica está disponible al comenzar la secuencia con L - gliceraldehído.
En la práctica, la síntesis de Kiliani-Fischer se suele utilizar para la producción de azúcares que son difíciles o imposibles de obtener de fuentes naturales. Si bien proporciona acceso a todos los estereoisómeros posibles de cualquier aldosa deseada, el proceso está limitado por su bajo rendimiento y uso de reactivos tóxicos. Además, el proceso requiere tener un suministro del azúcar anterior de la serie, que en sí mismo puede requerir un trabajo sintético sustancial si no está fácilmente disponible. Por ejemplo, si se utilizan iteraciones sucesivas de la síntesis de Kiliani-Fischer, el rendimiento general cae aproximadamente exponencialmente por cada iteración adicional.
El proceso solo proporciona acceso directo a las aldosas, mientras que algunos azúcares de interés pueden ser cetosas. Algunas cetosas pueden ser accesibles a partir de aldosas similares mediante isomerización a través de un intermedio de enodiol ; por ejemplo, al reposar en una base acuosa, la glucosa , la fructosa y la manosa se interconvertirán lentamente, ya que comparten una forma de enodiol. (Ver transformación de Lobry de Bruyn-van Ekenstein ). Algunos azúcares inusuales también son accesibles mediante la adición de aldol .
Ver también
- Reacciones de homologación
- Degradación de Wohl
Referencias
- Carey, Francis A. (2006). Química orgánica, sexta edición, Nueva York, NY: McGraw-Hill. ISBN 0-07-111562-5 .