Strecker-Synthese – einfach erklärt

Grundprinzip der Strecker-Synthese

Die Strecker-(Aminosäure)-Synthese ist eine Namensreaktion der organischen Chemie. Sie ist ein Spezialfall der Mannich-Reaktion und dient zur Herstellung von α-Aminocarbonsäuren, also Aminosäuren mit einer Aminogruppe am α-Kohlenstoffatom.

Dabei reagieren Aldehyde, Ammoniak und Cyanwasserstoff (HCN). Die Synthese ist außerdem für primäre und sekundäre Amine gültig. Ihre Bedeutung liegt darin, dass Aminosäuren aus vergleichsweise einfachen Ausgangsstoffen aufgebaut werden können.

Reaktionsmechanismus

Zuerst addiert sich Ammoniak nukleophil an den Aldehyd 1. Nukleophil bedeutet, dass ein elektronenreiches Teilchen ein elektronenarmes Reaktionszentrum angreift. Die Reaktion führt im Allgemeinen zum Iminiumion 2.

An dieses weiterhin elektrophile, also elektronenarme, Iminiumion addiert sich Cyanid. Dadurch entsteht das α-Aminonitril 3, ein Nitril mit einer Aminogruppe.

Anschließend wird das α-Aminonitril 3 im sauren Milieu mehrfach hydrolysiert. Bei der Hydrolyse wird es schrittweise zur α-Aminosäure 4 umgesetzt. Das Produkt entsteht als Racemat, also als Gemisch beider Enantiomere in gleichen Anteilen.

Praktische Grenzen und technische Anwendung

Ein wesentlicher Nachteil ist die fehlende asymmetrische Induktion: Die Aminosäuren entstehen racemisch. Da bei einem Racemat pro se nur 50 % eines gewünschten Enantiomers vorliegen, sinkt die Ausbeute bezogen auf dieses Enantiomer um 50 %. Außerdem sind aufwendige Trennverfahren nötig, in der Regel die kinetische Racematspaltung. Beides erhöht die Kosten erheblich.

Problematisch ist auch die Toxizität von Cyanid. Trotzdem werden einige Strecker-Synthesen technisch in großem Maßstab eingesetzt. Gründe sind die teilweise sehr preiswerten Edukte, besonders Ammoniak und Cyanwasserstoff, sowie ältere Anlagen, die auf diesen Syntheseweg ausgerichtet sind. Die Bucherer-Bergs-Reaktion ist eine eingesetzte Variante.

Asymmetrische Varianten

Bei asymmetrischen Strecker-Synthesen soll bevorzugt eines der beiden Enantiomere entstehen. In der Variante von Horst Kunz wird statt Ammoniak ein chiraler 1-Aminozucker, β-D-Galactosamin, verwendet. Dessen asymmetrische Induktion genügt, um befriedigende Enantiomerenüberschüsse zu erreichen.

Eine weitere asymmetrische Variante entwickelte die Arbeitsgruppe um Enders. Sie verwendet SAMP-Hydrazone zur asymmetrischen Induktion bei der Addition des Cyanids.