Síntesis de Kiliani-Fischer

La síntesis de Kiliani-Fischer , que recibe su nombre de los químicos alemanes Heinrich Kiliani y Emil Fischer , es un método para sintetizar monosacáridos . Se lleva a cabo mediante la síntesis e hidrólisis de una cianohidrina , seguida de la reducción del ácido intermedio al aldehído, alargando así la cadena de carbono de una aldosa en un átomo de carbono y conservando la estereoquímica de todos los carbonos quirales 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 .

La versión original de la síntesis de Kiliani-Fischer procede a través de intermedios 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 (si bien los azúcares tienden a existir principalmente como hemiacetales cíclicos , siempre están en equilibrio químico con sus formas de aldehído o cetona de cadena abierta , y en el caso de estas aldosas es esa forma de aldehído la que reacciona en esta síntesis). La cianohidrina resultante de esta adición se calienta en agua, lo 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 diastereoméricas en la mezcla de reacción. Se separan (por cromatografía , partición en diferentes disolventes o cualquiera de los numerosos otros métodos de separación ) y luego la lactona deseada se reduce 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 transforma en D - gluconolactona y D - manonolactona , se separan y se reducen a D - glucosa o D - manosa . Se estima que el rendimiento químico mediante este método es de alrededor del 30 %.

Más recientemente, se ha desarrollado un método de reducción mejorado que produce rendimientos algo mayores de los azúcares de mayor tamaño. En lugar de convertir la cianohidrina en una lactona, la cianohidrina se reduce con hidrógeno , utilizando 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 entonces en la etapa de los propios productos de azúcar en lugar de en los intermedios de lactona. Se necesita un catalizador especial para evitar una mayor reducción del grupo aldehído a un grupo hidroxilo , lo que produciría un alditol . Estos catalizadores que limitan la hidrogenación a un paso se denominan catalizadores envenenados ; el paladio de Lindlar es otro ejemplo. Las reacciones que se muestran a continuación ilustran este método mejorado para la conversión de L - treosa en L - lixosa y L - xilosa .

Ambos enantiómeros del gliceraldehído están disponibles comercialmente, por lo que se puede acceder a cualquier estereoisómero de cualquier aldosa de cadena corta mediante un número adecuado 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 ). Estas conducen a las pentosas D -ribosa ( 3a ) y D -arabinosa ( 3b ), y D -xilosa ( 3c ) y D -lixosa ( 3d ), respectivamente. La siguiente iteración conduce a las hexosas D -alosa ( 4a ) y D -altrosa ( 4b ), D -glucosa ( 4c ) y D -manosa ( 4d ), D -gulosa ( 4e ) y D - idosa ( 4f ), y D -galactosa ( 4g ) y D -talosa ( 4h ). Las D - heptosas y posteriores se obtienen continuando la secuencia, y la serie L enantiomérica se obtiene comenzando la secuencia con L -gliceraldehído.

En la práctica, la síntesis de Kiliani-Fischer se utiliza habitualmente para la producción de azúcares difíciles o imposibles de obtener de fuentes naturales. Si bien permite acceder a todos los estereoisómeros posibles de cualquier aldosa deseada, el proceso se ve limitado por su bajo rendimiento y el uso de reactivos tóxicos. Además, requiere disponer del azúcar anterior de la serie, lo que puede implicar un trabajo sintético considerable si no está fácilmente disponible. Por ejemplo, si se utilizan iteraciones sucesivas de la síntesis de Kiliani-Fischer, el rendimiento global disminuye aproximadamente de forma exponencial con cada iteración adicional.

El proceso solo proporciona acceso directo a las aldosas, mientras que algunos azúcares de interés pueden ser cetosas. Algunas cetosas pueden obtenerse a partir de aldosas similares mediante isomerización a través de un intermedio enediol ; por ejemplo, al permanecer en una base acuosa, la glucosa , la fructosa y la manosa se interconvierten lentamente ya que comparten una forma enediol. (Véase la transformación de Lobry de Bruyn-van Ekenstein ). Algunos azúcares inusuales también son accesibles mediante adición aldólica .

• Reacciones de homologación
• Degradación de Wohl
• Degradación de la áspera

• Carey, Francis A. (2006). Química orgánica, sexta edición, Nueva York, NY: McGraw-Hill. ISBN 0-07-111562-5.