سنتز کیلیانی-فیشر و تخریب راف

• را سنتز کیلیانی-فیشر روشی است برای در حال گسترش یک زنجیره کربوهیدرات توسط a تنها کربن.
• را تخریب راف روشی است برای کوتاه کردن یک زنجیره کربوهیدرات توسط a تک کربن.
• سنتز کیلیانی-فیشر شامل اضافه کردن یون سیانید به یک زنجیره باز آلدهید (در مورد آلدوز) که سپس به طور جزئی است کاهش و سپس هیدرولیز می شود تا یک ماده جدید ایجاد کند آلدهید. در غیاب معرفهای کایرال، مخلوطی از دیاسترومرها (اپیمرها) تولید خواهد شد.
• تخریب راف روشی برای انجام واکنش معکوس است. یک قند با آب برم به کربوکسیلیک اسید اکسید می شود و سپس اکسیداسیون با سولفات آهن و اکسیژن CO2 را آزاد می کند.₂.

فهرست مطالب

1. یون های سیانید برای گسترش زنجیره های کربن مفید هستند
2. سنتز کیلیانی-فیشر
3. تخریب راف
4. یادداشت
5. (پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

---

1. یون های سیانید برای گسترش زنجیره های کربن مفید هستند

یون سیانید (CN^–) می تواند ابزار بسیار مفیدی برای گسترش زنجیره های کربنی توسط یک کربن باشد.

یک مثال آشنا واکنش یون سیانید با آلکیل هالیدهای اولیه در یک واکنش جانشینی هسته دوست است (S_ن2). سپس نیتریل به دست آمده را می توان با اسید آبی هیدرولیز کرد تا یک اسید کربوکسیلیک به دست آورد (که به نوبه خود می تواند واکنش های بیشتری را متحمل شود).

در مثال زیر، یک آلکیل هالید چهار کربنه به یک اسید کربوکسیلیک با زنجیره پنج کربنی گسترش یافته است:

این فرآیند را می توان به سایر الکتروفیل ها علاوه بر آلکیل هالیدها نیز تعمیم داد. به عنوان مثال، واکنش یون سیانید با آلدهیدها می دهد سیانوهیدرین ها:

در این مورد، و تقریبا تمام موارد دیگر، یک جدید ایجاد می کند مرکز کایرال. در غیاب هر معرف کایرال، نتیجه مخلوطی از دو پیکربندی خواهد بود (آر و اس) در کربن سیانوهیدرین.

2. سنتز کیلیانی-فیشر

همین واکنش را می توان برای گسترش زنجیره کربنی یک کلاس بسیار برجسته از آلدئیدها استفاده کرد: آلدوز (یعنی کربوهیدرات های حاوی یک آلدهید). [See: The Big Damn Post of Sugar Nomenclature]

تشکیل سیانوهیدرین از آلدوز

به عنوان مثال، ساده ترین شکر، گلیسرآلدئید آلدوز سه کربنه را در نظر بگیرید (در زیر، D-گلیسرآلدئید را نشان می دهیم).

مانند مثال بالا، حمله یون سیانید به آلدئید منجر به یک سیانوهیدرین می شود که طول طولانی ترین زنجیره کربنی را از سه به چهار افزایش می دهد. همچنین یک مرکز استریو جدید ایجاد می کند که باعث ایجاد ترکیبی از محصولات با (ر) و (S) پیکربندی.

از آنجایی که مرکز استریو در کربن C-3 (آر) در این فرآیند بدون تغییر باقی می ماند، در غیاب هر معرف کایرال، این فرآیند منجر به مخلوطی از دیاسترومرها می شود:2R، 3R) و (2S، 3R).

احیا و هیدرولیز نیتریل را به آلدهید تبدیل می کند

در حالی که این سیانو هیدرین ها را می توان به اسیدهای کربوکسیلیک (با اسید آبی) هیدرولیز کرد، اغلب استفاده از فرآیند ایجاد یک آلدوز جدید مفیدتر است.

استفاده از کاتالیزور مسموم (Pd/BaSO₄) در حضور گاز هیدروژن (H₂) نیتریل را به یک کاهش می دهد ایمینه. در حضور آب، ایمین به سرعت به یک آلدهید هیدرولیز می شود.

نتیجه افزایش یک شکر توسط یک کربن (به عنوان مخلوط) است. به عنوان مثال، استفاده از این روش برای D-گلیسرآلدئید منجر به دو دیاسترئومر D-erythrose می شود.2R، 3R) و D-threose (2S، 3R). (از آنجایی که این دو دیاسترئومر فقط از نظر پیکربندی در یک کربن متفاوت هستند، اغلب به آنها “اپیمر” می گویند. )

3. تخریب راف

امکان رفتن به داخل نیز وجود دارد معکوس جهت، جایی که آلدوز است کاهش در طول یک کربن.

روند حرکت به این سمت، تخریب راف نامیده می شود، رویه ای که به اواخر دهه 1890 برمی گردد.

در مرحله اول، آلدهید به طور انتخابی توسط برم به اسید کربوکسیلیک اکسید می شود (Br₂) و آب. توجه داشته باشید که الکل های ثانویه و اولیه در اینجا اکسید نمی شوند!

مرحله بعدی شامل افزودن نمک آهن (III) است [Fe₂(SO₄)₃] با پراکسید هیدروژن، که شامل از دست دادن دی اکسید کربن و اکسیداسیون C مجاور است.₂-OH به یک آلدئید:

اکثر دوره ها به طور کلی تا آنجا که جزئیات مکانیکی به علف های هرز نمی روند، اما ما در Br ضربه ای خواهیم داشت.₂/ اچ₂واکنش O در تبصره 1 پایین آمده است.

پس چرا مهم است؟

من سخت می خواهم به شما بگویم که واکنش های تخریب کیلیانی-فیشر و راف در لبه برش شیمی آلی مدرن هستند. آنها نیستند. [Although, to be fair, enantioselective formation of cyanohydrins from aldehydes using chiral catalysts is important and useful. Examples here. ]

با این حال، آنها دارای اهمیت تاریخی زیادی هستند، زیرا آنها دو ابزار مهمی هستند که امیل فیشر برای تعیین ساختار گلوکز و سایر آلدوهگزوزها استفاده کرد، تلاشی که جایزه نوبل شیمی 1902 را برای او به ارمغان آورد.

فیشر فقط برای اینکه طعمی به شما بدهد، توانست نشان دهد که D-گلوکز و D-مانوز هر کدام محصول یکسانی را پس از تجزیه راف (D-arabinose) تشکیل می دهند که نشان می دهد آنها در C-2 (اپیمرها) دارای پیکربندی مخالف هستند. تخریب بیشتر راف، D-گلیسرآلدئید را به وجود آورد که استریوشیمی مرکز کایرال را در C-5 ایجاد کرد.

زمانی که اثبات فیشر ساختار گلوکز را بررسی می کنیم، در برخی موارد به بحث بیشتر خواهیم پرداخت.

---

یادداشت

یادداشت 1. اکسیداسیون آلدئیدها با Br₂ / اچ₂O

اولین مرحله تشکیل هیدرات از افزودن آب به آلدئید است. شکل زویتریونی (در جایی که O- وجود دارد) هسته دوست تر از شکل خنثی است، بنابراین در اینجا نشان داده شده است که به عنوان هسته دوست برای حمله به Br عمل می کند.₂. در یک نقطه OH₂+ خنثی می شود در اینجا نشان داده شده است که پس از حمله به Br₂، اما ممکن است زودتر رخ دهد.

توجه داشته باشید که اکنون یک گروه خروجی خوب روی اکسیژن (Br) وجود دارد. یک پایه ضعیف (H₂O) سپس CH را از پروتونه می کند، که یک پیوند CO pi جدید را تشکیل می دهد، با از دست دادن Br (-) که منجر به تشکیل اسید کربوکسیلیک می شود.

تبصره 2. ما در اینجا به مکانیسم تخریب راف نمی پردازیم، اما به این نکته اشاره می کنم که آهن و H₂O₂ مواد تشکیل دهنده واکنش فنتون هستند، فرآیندی که یک رادیکال هیدروکسیل ایجاد می کند.

---

(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

1. Ueber das Cyanhydrin der Lävulose
   هاینریش کیلیانی
   بر. 1885، 18 (2)، 3066-3072
   DOI: 10.1002/cber.188501802249
2. Reduction von Säuren der Zuckergruppe
   امیل فیشر
   بر. 1889، 22 (2)، 2204-2205
   DOI: 10.1002/cber.18890220291
   دو مقاله اول در مورد همولوگاسیون 1 کربنی قندها با استفاده از سیانید توسط هاینریش کیلیانی و امیل فیشر، شیمیدانان آلمانی 19^هفتم قرن.
3. 2-دئوکسی-دی-ریبوز. VI.1 تهیه مشتقات 3-Deoxy-D-ribo-hexonic Acid و 3-Deoxy-D-arabino-hexonic Acid از آنها. برخی از مشاهدات در سنتز کیلیانی
   هری بی وود جونیور و هیویت جی فلچر جونیور.
   مجله شیمی آلی 1961، 26 (6)، 1969-1973
   DOI: 1021/jo01065a068
   این مقاله به بررسی سنتز کربوهیدرات های مختلف از طریق سنتز کیلیانی-فیشر می پردازد.
4. سنتز مقیاس پذیر مشتقات اسید l-Iduronic از طریق واکنش سیانوهیدرین کنترل شده برای سنتز دی ساکاریدهای مرتبط با هپارین استین اولدال هانسن، مارک بارات، بادر AB Salameh، رابین جی پریچارد، ویلیام تی استیمپسون، جان ام. گاردینر، و گوردون سی جیسون
   نامه های ارگانیک 2009، 11 (20)، 4528-4531
   DOI: 10.1021/ol901723m
   این مقاله کاربرد واکنش کیلیانی-فیشر را در شیمی آلی مدرن نشان می‌دهد، که سنتز برخی دی ساکاریدها را ممکن می‌سازد که به روش‌های دیگر نمی‌توانند سنتز شوند.