Х.-Д. Якубке, Х. Ешкайт - Аминокислоты, пептиды, белки (1128686), страница 6
Текст из файла (страница 6)
При незначительной добавке глутамата заметно усиливается и улучшается естественный вкус мясных блюд.Аминокислоты, полученные ферментативно, представлены в табл. 1-7.1.5.3.Ферментативные методыВ то время как при ферментации аминокислот присутствуют все ферментымикроорганизмов, при ферментативных синтезах используются изолированные или фиксированные на носителе ферменты для катализа заданногопути реакции. Так, при получении аспарагиновой кислоты путем присоединения аммиака к фумаровой кислоте используют ь-аспартазу, при получении L-аланина из ь-аспарагиновой кислоты — ь-аспартат-/3-декарбоксилазу.Особенно большое значение имеет синтез ь-лизина из D, ь-а-аминокапролактама с помощью L-аминокапролактамгидролазы, получаемой микробиологическим путем [62].
В этом синтезе, проводимом как одностадийный процесс, остающийся D-a-аминокапролактам рацемизуется а-аминокапролакDL-cx-аминокапропактам а-аминокапролактамрацемаэаL-аминокапролактам гидропаза+D-a-аминокапролактамL-лизинтамрацемазой и таким образом в конце концов полностью переводится вL-ЛИЗИН.1.5.4.Методы химического синтезаИзвестно очень много методов синтеза аминокислот. Ниже остановимсялишь на некоторых: аминолиз галогенкарбоновых кислот, синтез Штрекера, синтезы через азлактоны, гидантоины и шиффовы основания, а такжесинтезы с. малоновым эфиром.
Кроме того, рассматриваются асимметрический и пребиотический синтез, а также биосинтез аминокислот.42Получение аминокислот1.5.4.1.Аминолиз галогенкарбоновых кислотСтарейший метод синтеза аминокислот — нуклеофильное замещение галогена в легкодоступных галогенкарбоновых кислотах:R - CHCl(Br) - СООН + NH3 - R - CHNH2 - СООН + NH4Cl(Br)Впервые таким путем в 1858 г.
был получен глицин из монохлоруксусной кислоты. Выходы составляют 60 — 70%, если применять 10-кратныйизбыток аммиака и работать в присутствии карбоната аммония. При этомаминогруппа образующейся кислоты дает карбамат аммония R = CH(NH-СООЫНд), и это предохраняет ее от дальнейшего превращения во вторичные и третичные аминосоединения.Удобнее использовать реакцию эфиров галогенкарбоновых кислот сфтальимидом калия с последующим расщеплением получающейся фталиламинокислоты кислотным гидролизом или гидразинолизом (синтез Габриэля).
В качестве реагента аминолиза применяют также уротропин (Хильман, 1948 г.).• Br-CHR-COOH —•» \( )\1.5.4.2.N-CHA-COOH • КВгСинтез ШтрекераСинтез аминокислот, предложенный в 1850 г. Штрекером, основан на присоединении синильной кислоты к карбонильной группе альдегида в присутствии аммиака. Получающийся при этом нитрил а-аминокарбоновойкислоты омыляется далее в DL-аминокислоту:Ч"*R-CHO • NH3 • HCN —-*- R-C-CN-Н,0^Н'2Н,0V"*а"» R-C-COOH-NH,^В качестве побочных продуктов могут получаться иминодинитрилыNH(CHR-CN) 2 , тринитрилы и карбоновые кислоты; общий выход приэтом синтезе - 7 5 % .Бухерер внес изменения в синтез Штрекера: альдегид реагирует со смесью цианида натрия и карбоната аммония (или мочевины) и дает легко изолируемый гидантоин, который затем расщепляется щелочным гидролизом:*(***R-C-CNНт2- н а 4 .
R-CH-COHN4/VlHaсоонH j©ш R-CH-CO°* - DL-аминокислота°HN^ VlH^cioАминокислоты43Синтез Штрекера имеет большое значение для получения в промышленности глутаминовой кислоты, метионина и лизина. Исходные альдегиды получают из продуктов нефтехимического производства, и синтезы обычно ведут через гидантоины. Пометоду Дюпона исходят из ацетилена:ГИ* = 1»П»^- 1*Пд—СП— GOORсинтез Штрекера»» глутаминовая киспотаПо методу Аджиномото получают DL-глутаминовую кислоту, исходя из акрилонитрила:CH a =CH-CN°°\,OHC-CHJCHJ-CN*• синтез Штрекера*• DL-глутаминовая киспотаРасщепление рацемата по этому методу происходит самопроизвольной кристаллизацией при затравливании оптически чистыми кристаллами, причем выпавшая восадок D-глутаминовая кислота после рацемизации снова вводится в процесс. В настоящее время в мире ежегодно производится -250 000 т глутамата натрия, причембольшую часть составляет продукт, полученный синтетически.При техническом синтезе лизина исходят из цианмасляного альдегида, которыйполучают присоединением ацетальдегида к акрилонитрилу:СН,СНО *H 2 C=CH-CNDL-пизин •• NC-CHJ-CHJ-CHJ-CHO»- расщепление рацемата пирролидон карбоновой кислотой- синтез Штрекера»• L-лизинПромышленное производство DL-метионина (в 1977 г.
произведено 100 000 т), который применяется главным образом как добавка в корм скоту, ведется по методуШтрекера из /3-метилмеркаптопропионового альдегида, который получают из акролеина и метилмеркаптана. В этом случае не требуется разделения энантиомеров, таккак L- и D-метионин одинаково хорошо усваиваются животными.Н 2 С = С Н - С Н 0 » CHjSH*• синтез Штрекера1.5.4.3.•- C H J - S - C H J C H J - C H O••*• DL-метионинАзлактонный синтез по Эрлейнмейеру — ПлёхлюСинтез основан на том, что ароматический или а, ^-ненасыщенный алифатический альдегид обрабатывается бензоилглицином (гиппуровая кислота)или ацетилглицином (ацетуровая кислота) в присутствии уксусного ангидрида и ацетата натрия. При этом образуется замещенный азлактон, кото-44Получение аминокислотрый при нагревании с фосфором и иодоводородной кислотой претерпеваетвосстановительное расщепление:C e H s -CO-NH-CH a COOH+ R-CHO»- R-CH=C—COУс6н51.5.4.4.Гидантоиновый синтезАльдегиды реагируют с гидантоином (метиленовый компонент) и смесьюацетангидрид — ацетат натрия (конденсирующее средство), давая продукты конденсации, которые после восстановления амальгамой натрия илисмесью иодоводорода и фосфора последующим щелочным гидролизом переводятся в аминокислоты.-CH2-CHNH,-COOHВместо гидантоина в качестве соединений с активной метиленовой группой можно использовать также тиогидантоин, 2,5-диоксопиперазин и роданин (тиазолидин-4-он-2-тион).1.5.4.5.Алкилирование шиффовых оснований [63]Легкодоступные бензилиденовые производные этилового эфира глицинаможно превращать в а-аминокарбанионы действием сильных оснований,таких, как литийдиизопропиламид (ЛДА) или трет-бутипат калия, и затемалкилировать:[CeH s -CH=N-CH-COOC,H s ] e K*RXCeHj-CH'N-CHR-COOCjHjHCIHCIHaN-CHR-COOC,H5(HnH H3N-CHR-COO0)Аминокислоты43Синтезы проходят с выходом - 9 0 % .
Повторное металлирование и алкилирование позволяют ввести второй алкильный остаток, что приводит кразветвлению цепи. При использовании шиффова основания, полученногоиз этилового эфира глицина и бензофенона, алкилирование можно проводить в условиях техники фазового переноса.1.5.4.6.Синтезы с малоновым эфиромВ синтезе аминокислот этот метод имеет большое значение.
Введение боковой цепи происходит путем алкилирования аниона малонового эфира, который образуется в присутствии сильных оснований, например метилатанатрия. Наиболее благоприятно протекание реакции через N-ациламиномалоновый эфир:COOCJHJ^COOCJHJСООС,Н5ацеташномалоновый эфирСООСаН5CH,CO-NH-Cl eCOOCJHJCOOCjH,* в »"CHjCONH-C-RХCOOHЗ Н*°:ОНе.-CHjCOOH;- 2 CjHgOHHaN-C-R*IQJ^.^ ^•-CO,H,N-CHR-COOHВ качестве ацильного остатка кроме ацетильной и формильной группприменяется фтальимидогруппа (Сёренсен, 1903 г.), алкилирующими реагентами служат алкилгалогениды и основания Манниха.1.5.4.7.Синтез меченых аминокислот [64]Применение меченых аминокислот значительно расширило наши знания обиохимических функциях аминокислот, пептидов и белков. В зависимостиот конкретной задачи синтезируются аминокислоты с одной или несколькими метками, меченные азотом-15, тритием, углеродом-14 и серой-35.Введение тритиевых меток осуществляют методом изотопного обмена или(лучше) прямым химическим синтезом.В случае изотопного обмена получают препараты с удельной активностью < 10 Ки/ммоль, причем радиоактивные изотопы обычно равномернораспределены по молекуле.
Можно проводить восстановление ненасыщен-Получение аминокислот46ных или галогенированных полупродуктов в присутствии газообразноготрития. При этом, например, из 2,4,6-трибром-ь-фенилаланина получается3ь-2,4,6- Н-фенилаланин с высокой удельной активностью (60 — 80 Ки/ммоль):-CH2-CH(NHj)COOHВтвосстановительТ, (газ)CHJCH(NHJ)COOHАминокислоты могут быть получены микробиологическими методами,14если в питательном растворе содержится СО 2 или другие источники14С [65].
После разрушения клеточной структуры фракции белка изолируют и полученную при гидролизе смесь аминокислот разделяют хромато35графически. О биосинтезе 8-ь-метионина с очень высокой удельной актив14ностью сообщили Бретчер и Смит [66]. Для введения С-метки можно использовать прямой химический синтез. Большое применение находит мало14новый эфир (синтезы с циануксусным эфиром, содержащим 2- С в остатке|4уксусной кислоты, для С2-метки и с С-синильной кислотой для Cj-метки).14Если исходят из СО 2 , то сначала из алкилгалогенида, магния и СО 2 получают карбоновую кислоту R-14COOH (реакция Гриньяра), затем с помощью галогенирования и аминолиза ее переводят в аминокислоту. СинтезШтрекера, с K 1 4 CN приводит к метке карбоксильного углерода,с 1 5 NH 3 — к '^-аминокислотам (имеющим важное значение в исследовательской практике).
Классический синтез триптофана с малоновымэфиром — пример введения метки в положение С 3 (Гейдельберг, 1949 г.):сн'но(CH,)aNH*СН(СООЩаNH-СОСНдNaOHCH,-C(COOR)jNH-COCH,CHJ-C(COOH)JOH eCHj-CH-COOHШДр-мс1-триптофанПроизводные цистеина и валина, меченные тритием, а также валин сдвойной меткой ( 1 5 N и 2 Н) применялись при исследованиях биосинтеза пенициллина [67, 68].Аминокислоты1.5.4.8.47Асимметрические синтезы [69, 70]Для стереоспецифического синтеза аминокислот с помощью хиральных реагентов имеются многочисленные возможности. Из них следует упомянутьасимметрическое гидрирование ненасыщенных соединений с хиральнымикатализаторами — фосфинами родия и рутения [71] или фосфиновыми лигандами, фиксированными на полимере [72], асимметрическое декарбоксилирование специфических комплексов малоната кобальта (III) при малоновом синтезе, переаминирование а-кетокислот с ь-пролином в качестве хирального реагента и асимметрическое алкилирование шиффовых оснований[73, 74].
Практическое значение асимметрический синтез имеет в том случае, если он приводит к получению ценных, редких аминокислот, если хиральные реагенты не очень дороги или если их можно регенерировать.Проблематичны асимметрические синтезы, протекающие через циангидрины или гидантоины, так как при гидролизе приходится считаться с рацемизацией. Об асимметричном синтезе по методу Штрекера сообщается в работе [75]. Ниже приводится пример асимметрического алкилирования шиффова основания трет-бутилового эфира глицина и гидроксипинанона [76].„»»ЦМ-СНа-СООСН,•N-CHj-COOCeH,HCI илиNHjOH HCI-N-CHR-COOCiH,HjN-CHR-COOC^Hg«При гидролитическом расщеплении алкилированного основания Lаминокислоты получают с оптическим выходом 60 — 80%, гидроксипинанон может быть регенерирован, например, в виде оксима и вновь использован для синтеза.Практический интерес получил асимметрический синтез L-ДОФА, прикотором удалось осуществить стереоспецифическое гидрирование дигидроксикоричной кислоты с помощью катализатора Вилькинсона RhL3Cl [77].Структура оптическиактивного лиганда L481.5.4.9.Получение аминокислотПребиотические синтезы [78 - 85]В связи с проблемой возникновения жизни на Земле внимание исследователей привлекает вопрос первого синтеза аминокислот.
В результате исследований твердо установлено, что рацематы почти всех природных аминокислот могли быть получены вособых энергетических условиях из простых углеродных и азотных соединений.Абиогенное образование аминокислот происходило не только на Земле. Это было подтверждено хроматографическим анализом мерчисонского метеорита, упавшего в 1969 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
