SÍNTESIS DE SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Dr. Américo Castro Luna

SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOSSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS

1.1. La reacción de La reacción de Hell Hell –– Volhard Volhard –– Zelinsky Zelinsky, es , es una reacción de sustitución (por una reacción de sustitución (por desprotonación) que se da en el átomo de desprotonación) que se da en el átomo de carbono adyacente al grupo carbonilo carbono adyacente al grupo carbonilo (aldehídos y cetonas), es utilizada para la (aldehídos y cetonas), es utilizada para la halogenación en la posición alfa de un ácido halogenación en la posición alfa de un ácido carboxílico. El ácido alfa halogenado carboxílico. El ácido alfa halogenado carboxílico tratado con exceso de amoníaco carboxílico tratado con exceso de amoníaco (amonólisis) genera un alfa aminoácido (amonólisis) genera un alfa aminoácido racémico.racémico.

Válido para: glicina, alanina, serina, treonina, valina, leucina,

nor leucina, fenilalanina

CH3

C

COOH

H H

CH3

C

COOH

H Br

H Br

Br2 + PBr3

CH3

C

COO

H NH3

25ºC

4 diasH2O

NH3

H Br

80%

56%

Rendimientos relativamente

bajos

R R

R

(SN2)

(R,S) – α - aminoácido

Aminación de α-halo ácidos Hell-Volhard-Zelinsky

Es la forma más inmediata de introducir un grupo amino en a a un ácido carboxílico

exceso

1. Br2 PBr3

NH3

O

Br

CH3CHCH2CH2COH2. H2O

CH3 O

CH3CHCH2CHCOH

NH2

CH3 O

CH3CHCH2CHCOH

ácido 4-metilpentanóico ácido 2-bromo-4-metilpentanóico

(R,S)-leucina (45%)

CH3

CH2Ph

Br

CH2 COOH1. Br2 PBr3

2. H2OCH2Ph CH COOH

CH2Ph CH COO-

exceso

NH3

NH2

+NH4

(D,L)-fenilalanina (sal)

(30 - 50%)

ácido 3-fenilpropanóico

2.2. Síntesis de Strecker.- Síntesis de Strecker.- Es un método que Es un método que consiste en obtener un alfa aminoácido a consiste en obtener un alfa aminoácido a través de dos etapas: través de dos etapas:

a)a) Tratando un aldehído con solución acuosa de Tratando un aldehído con solución acuosa de amoníaco en presencia de HCN ó KCN / NaCN.amoníaco en presencia de HCN ó KCN / NaCN.

b)b) El producto que se obtiene es un alfa-El producto que se obtiene es un alfa-aminonitrilo intermediario, que por hidrólisis da el aminonitrilo intermediario, que por hidrólisis da el alfa aminoácido racémico.alfa aminoácido racémico.

CHO + C

aldehído

R NH3 + HCN R

H

NH2

C NH+

H2OCR

H

NH3

COO-

+

alfa-aminonitrilo (R,S)-alfa-aminoácido

3.3. Síntesis de Gabriel y Malónica.- Síntesis de Gabriel y Malónica.- La síntesisLa síntesis malónica es una reacción de alquilación del malónica es una reacción de alquilación del malonato de dietilo, con posterior hidrólisis y malonato de dietilo, con posterior hidrólisis y descarboxilación, generando un ácido acético descarboxilación, generando un ácido acético alquilado.alquilado.

CH

COOEt

H

éster malónico

-OEt

COOEt

RXCH

COOEt

R

COOEt

H3O+ , calorCH

COOH

R

H

+ CO2

alquilado ácido acético alquilado

Para adaptar esta síntesis en la obtención de Para adaptar esta síntesis en la obtención de aminoácidos, se emplea el éster N-aminoácidos, se emplea el éster N-ftalimidomalónico que proviene de la reacción ftalimidomalónico que proviene de la reacción alfa-bromomalonato de dietilo con la ftalimida alfa-bromomalonato de dietilo con la ftalimida potásica; el que tratado con potásica; el que tratado con ––OEt / RX genera el OEt / RX genera el éster alquilado. En este caso el grupo amino éster alquilado. En este caso el grupo amino está protegido en forma de amida, el grupo está protegido en forma de amida, el grupo ácido está protegido como éster etílico y la ácido está protegido como éster etílico y la posición alfa está activada por el grupo éster posición alfa está activada por el grupo éster temporal del malonato de dietilo. Todo esto se temporal del malonato de dietilo. Todo esto se representa como si fuera la molécula de la representa como si fuera la molécula de la glicina:glicina:

CH2N

H

COOH

H

N C

COOEt

COOEt

H

glicina

ácido protegido

grupo amino protegido

grupo éster temporaldel malonato de dietilo

O

O

éster del N-ftalimidomalónico

La síntesis de Gabriel y Malónica, es un método La síntesis de Gabriel y Malónica, es un método general para la síntesis de aminoácidos, que general para la síntesis de aminoácidos, que combina la síntesis de Gabriel de aminas con la combina la síntesis de Gabriel de aminas con la síntesis malónica de ácidos carboxílicos síntesis malónica de ácidos carboxílicos alquilados. Ambas síntesis comienzan con el alquilados. Ambas síntesis comienzan con el éster N-ftalimidomalónico, que sirve de base éster N-ftalimidomalónico, que sirve de base para la síntesis de para la síntesis de αα-aminoácidos. El éster es -aminoácidos. El éster es alquilado y luego hidrolizado, así el grupo alquilado y luego hidrolizado, así el grupo ftalimido se hidroliza junto con los grupo éster. ftalimido se hidroliza junto con los grupo éster. El producto final es un ácido aminomalónico El producto final es un ácido aminomalónico alquilado que por descarboxilación da el alquilado que por descarboxilación da el αα--aminoácido racémico.aminoácido racémico.

C

CO

CO

OEt

OEt

BrH

C

C

N

O

O

K

C

C

N

O

O

H

OEt

OEt

CO

CO

C

C

C

N

O

O

OEt

OEt

CO

CO

C Na

K Br

EtONa

C

C

N

O

O

OEt

OEt

CO

CO

C RRX

X Na

85%

Vía síntesis de Gabriel2-bromomalonato de dietilo con ftalimida potásica

ftalimida potásicaftalimida potásica

derivado N-ftalimidaderivado N-ftalimida

d

C

C

N

O

O

OEt

OEt

CO

CO

C R

H2O

H3O

C

C

N

O

O OH

H

CO

C R

C

C

O

O

OH

OH

H2O

H3O

Glicina (R=H)85%

CO2

Válido para muchos

aminoácidos.

H3N

O

H

CO

C R

C

C

N

O

O

OH

OH

CO

CO

C R

Vía síntesis de Gabriel

derivado N-ftalimidaderivado N-ftalimida

R

CHN

O

éster del N-ftalimidomalónico

O

COOEt

COOEt

(1) base

(2) R-XN

O

O

C

COOEt

COOEt

R

H3O+

H3N C

COOH

COOH

R+ calor

H3N C

H

COOH

R+

CO2

alquilado

hidrolizado aminoácido

+

C

CO2Et

N

CO2EtH

CH

CH3

O

1. Na+ -OEt

2. BrCH2CO2EtEtOCCH2

O

C

CO2Et

N

CO2Et

CH

CH3

O

H3O+

CalorHOCCH2CHCOH

O

NH2

Ácido (R,S)-aspártico(55%)

O

Acetamidomalónicodietílico

CHN

O

O

COOEt

COOEt

(1) NaOEt

(2) Cl - CH2CH2SCH3

N

O

O

C

COOEt

COOEt

CH2CH2SCH3H3O+

calorH3N C

H

COOH

CH2CH2SCH3

+

D,L metionina(50%)

Resolución de aminoácidos (R) (S)Resolución de aminoácidos (R) (S)

La síntesis de Gabriel y Malónica, como la La síntesis de Gabriel y Malónica, como la síntesis de Strecker, realizada a partir de síntesis de Strecker, realizada a partir de sustancias aquirales, producen mezclas sustancias aquirales, producen mezclas racémicas de racémicas de αα--aminoácidos (mezcla de partes aminoácidos (mezcla de partes iguales de compuestos (S) y (R). La resolución iguales de compuestos (S) y (R). La resolución de aminoácidos es factible transformándolos en de aminoácidos es factible transformándolos en diasteroisómeros y posteriormente en sus diasteroisómeros y posteriormente en sus enantiómeros correspondientes. También de enantiómeros correspondientes. También de manera selectiva se pueden separar por manera selectiva se pueden separar por métodos biológicos.métodos biológicos.

RCHCOH

O

NH2

(CH3CO)2O

RCHCOH

N

CH

CH3

O

O

H2O

carboxipeptidasaC

C

R

HH2N

O OH

+ C

C

R

NHCCH3H

O OH

O

mezcla R,S mezcla R,S aminoácidos S aminoácidos R

Discriminación biológica de los Discriminación biológica de los enantiómerosenantiómeros

Las enzimas de los seres vivos son quirales y Las enzimas de los seres vivos son quirales y son capaces de diferenciar entre enantiómeros .son capaces de diferenciar entre enantiómeros .

Generalmente, solo uno de los dos Generalmente, solo uno de los dos enantiómeros encaja adecuadamente en el sitio enantiómeros encaja adecuadamente en el sitio activo quiral de una enzima.activo quiral de una enzima.

Los sistemas biológicos son capaces de Los sistemas biológicos son capaces de distinguir entre los enantiómeros de muchos distinguir entre los enantiómeros de muchos compuestos quirales diferentes. En general, solo compuestos quirales diferentes. En general, solo uno de los enantiómeros produce el efecto uno de los enantiómeros produce el efecto característico; el otro o bien no produce ningún característico; el otro o bien no produce ningún efecto o tiene un efecto diferente. Ejemplo: efecto o tiene un efecto diferente. Ejemplo:

La epinefrina levógira que es una hormona La epinefrina levógira que es una hormona segregada por las glándulas adrenales, segregada por las glándulas adrenales,

frente a la frente a la epinefrina sintética tienen el epinefrina sintética tienen el mismo mismo efecto que efecto que la hormona natural, la hormona natural, sin sin embargo la forma (+) embargo la forma (+) dextrógira, no dextrógira, no tiene tiene este efecto y es tóxica. este efecto y es tóxica.

La siguiente figura expresa de cómo el La siguiente figura expresa de cómo el enantiómero (-) de la epinefrina encaja en el enantiómero (-) de la epinefrina encaja en el sitio activo de la enzima.sitio activo de la enzima.

Reconocimiento molecular de la epinefrina por una Reconocimiento molecular de la epinefrina por una enzima. Sólo el enantiómero levógiro encaja en el enzima. Sólo el enantiómero levógiro encaja en el sitio activo de la enzima.sitio activo de la enzima.

Sitio activo de la enzima

A partir de amoniaco y carbohidratos (a-cetoácidos) se sintetizan en el organismo en presencia de enzimas reductoras

Síntesis de glutámico

-cetoglutarato

C

C

O O

O

O

OC

CO

O

O

O

H3N

H

Ac. glutámico

NH3

L-glutamato deshidrogenasa

CR O

COOtransaminasa

CR

COO

HNH3

L-aminoácido -cetoácido

Síntesis de aminoácidos

Aminoácidos esenciales:

Arginina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina,

fenilalanina, treonina, triptofano y valina.

Biosíntesis de aminoácidos

REACCIONES DE REACCIONES DE AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

1.1. Por el grupo amino.- Por el grupo amino.- Ante un agente acilante Ante un agente acilante transforma el grupo amino en una amida.transforma el grupo amino en una amida.

N

NH

CH2

COOCHH3N

N

NH

CH2

COOHCHHNC

O

CH3

C

O

CH3 O C

O

CH3100ºC

2h

Histidina

80%

N-acetilhistidinaanhidrido acético

CH3

NH2

C COOH

H

+ CH3 C Br

O

CH3

NH2

C COOH

H

O

C CH3

+ HBr

alanina bromuro de acetilo N-acetilalanina

2.2. Por el grupo carboxilo.- Por el grupo carboxilo.- Al igual que los ácidos Al igual que los ácidos carboxílicos monofuncionales, con exceso de alcohol y carboxílicos monofuncionales, con exceso de alcohol y HCl gaseoso como catalizador, generan ésteres que HCl gaseoso como catalizador, generan ésteres que actúan como derivados protectores; siendo los más actúan como derivados protectores; siendo los más importantes los ésteres metílicos, etílicos y bencílicos y importantes los ésteres metílicos, etílicos y bencílicos y se les aisla por cristalización como clorhidratos. El se les aisla por cristalización como clorhidratos. El grupo amino protonado (-NHgrupo amino protonado (-NH33

++) del aminoácido no ) del aminoácido no

interfiere en la reacción. Así mismo, el éster en un interfiere en la reacción. Así mismo, el éster en un medio ácido regenera al aminoácido libre.medio ácido regenera al aminoácido libre.

CH2 CHCOO

NH3 Cl

CH2 CHCO

NH3

OCH3CH3OH

HCl

Fenilalanina

90%

Éster metílico de la fenilalanina

H2C HCl

CH

Ph - CH2 - OH

CH2N O-

O

CH2

CH2

+

prolina

H2C

CH CH2N O

O

CH2

CH2

+

éster bencílico de la prolina(90%)

CH2Ph

Cl-

H3N

CH2 - Ph

CH

COOH

C+

OCH2CH3

O

H3O+

H3N

CH2 - Ph

CH C+

OH

O

+ CH3CH2 - OH

éster etílico de la fenilalanina fenilalanina

Gracias Dr. Américo Castro Luna