施特雷克爾氨基酸合成反應

施特雷克爾氨基酸合成反應（英語：Strecker amino acid synthesis），也簡稱施特雷克爾合成（Strecker synthesis），是一種在氨存在下，通過醛與氰化物反應合成氨基酸的方法。該縮合反應生成α-氨基腈，隨後水解得到目標氨基酸。^[1][2] 該方法用於從甲硫基丙醛（英語：Methional）商業化生產外消旋甲硫氨酸。^[3]

施特雷克爾合成 Strecker synthesis
命名根據	阿道夫·施特雷克爾（英語：Adolph Strecker）
反應類型	取代反應
標識
有機化學網站對應網頁	strecker-synthesis
RSC序號	RXNO:0000207

伯胺和仲胺也能生成N-取代氨基酸。同樣，用酮代替醛，可以生成α,α-二取代氨基酸。^[4]

反應機理

在反應過程的第一階段，羰基轉化為亞胺離子，氰離子隨後加成到亞胺離子上。首先，醛的羰基氧被質子化，然後氨對羰基碳進行親核攻擊。經過後續的質子交換後，脫水生成亞胺離子中間體。氰離子隨後進攻亞胺碳，生成氨基腈。

施特雷克爾合成反應機理，第1部分。

在反應過程的第二部分，腈發生水解。首先，氨基腈的腈氮原子被質子化，腈碳原子受到水分子的親核攻擊。質子交換後，水分子對原腈碳原子進行親核攻擊，生成1,2-二氨基二醇。隨後，氨基質子化後消除氨，最後羥基去質子化生成氨基酸。

施特雷克爾合成機理

不對稱施特雷克爾反應

施特雷克爾合成的一個例子是以甲基異丙基酮為起始原料，以多公斤級規模合成L-纈氨酸衍生物：^[5]

(CH
3)
2CHC(O)CH
3 + HCN + NH
3 → (CH
3)
2CHC(CN)(NH
2)CH
3 + H
2O

3-甲基-2-丁酮與氰化鈉和氨的初始反應產物可通過加入L-酒石酸進行拆分。相比之下，不對稱施特雷克爾反應則無需拆分劑。用(S)-α-苯乙胺（英語：1-Phenylethylamine）代替氨作為手性輔助劑，最終反應產物為手性丙氨酸。^[6]

催化不對稱施特雷克爾合成。催化劑1a基於手性1,1'-聯-2-萘酚（BINOL），其中「R」表示手性。「Boc」是叔丁氧羰基保護基。

可以使用硫脲衍生的催化劑進行催化不對稱施特雷克爾反應。^[7]2012年，採用BINOL衍生的催化劑生成手性氰化物陰離子（見圖）。^[8]

歷史

德國化學家阿道夫·施特雷克爾（英語：Adolph Strecker）發現了由醛或酮生成氨基酸的一系列化學反應。^[9][10] 在此反應中使用氨或銨鹽可得到未取代的氨基酸。最初的施特雷克爾反應中，乙醛、氨和氰化氫結合，水解後生成丙氨酸。研究表明，用伯胺和仲胺代替銨鹽可得到N-取代的氨基酸。^[10]

經典的施特雷克爾合成得到的是α-氨基酸的外消旋混合物，但人們已經開發出幾種使用不對稱助劑^[11] 或不對稱催化劑^[12][13] 的替代方法。

不對稱施特雷克爾反應（asymmetric Strecker reaction）最早由原田於1963年報道。^[14] 1996年首次報道了使用手性催化劑進行不對稱合成。^[15] 然而，該決定於2023年被撤回。^[16]

氨基酸的商業合成

除了施特雷克爾合成法之外，還有幾種合成氨基酸的方法。^[17][3]

然而，氨基酸的商業化生產通常依賴於以葡萄糖為碳源、能夠過量生產特定氨基酸的突變細菌。此外，氨基酸還可以通過合成中間體的酶促轉化來生產。2-氨基噻唑啉-4-羧酸是L-半胱氨酸工業合成中的一種中間體。天冬氨酸則是在裂解酶的作用下，通過氨與富馬酸加成反應製得。^[3]