Файл: Шамин А.Н. Развитие химии аминокислот.pdf

giaucuui), то по окончании роста последнего из культу­ ральной жидкости можно было выделить снова оптически активную аминокислоту. При введении в среду рацематов лейцина и глутаминовой кислоты оптическое вращение препаратов этих аминокислот, выделенных в конце опыта, было равно но величине, но противоположно но знаку оптическому вращению препаратов, выделенных из кис­ лотного гидролизата. Так, было показано, что оптически неактивные аминокислоты в гидролизатах белков являют­ ся смесыо равных количеств право- п левовращающих форм. Это было также важным свидетельством в пользу представлений о том, что белки включают оптически актив­ ные формы аминокислот.

Однако к концу XIX в. вопрос о том, какова оптическая конфигурация аминокислот, входящих в состав белков, был еще далек от разрешения. Основной трудностью при этом было отсутствие надежных и простых методов получения определенных оптических пзомеров для последующей идентификации природных соединений. Оптические изоме­ ры аминокислот нз соответствующих рацематов могли быть получены двумя способами. Первым из них уже был упо­ мянутый метод Шульце и Босхарда, при помощи которого при выращнванпи плесневых грибков могли быть получе­ ны лишь не встречающиеся в белках Л-стереоизомеры аминокислот. Но все же этот метод использовался уже в те годы нередко: после получения Л-глутампповой кислоты и лейцина он был применен для выделения .D-форм аланина, изолейципа и гистидина [7], валина и тирозина [8], фенилаланина и серина [9]. Использование второго при­ ема — механического разделения кристаллов пзомеров — было весьма ограничено, так как оно требовало получения кристаллов, достаточно крупных для ручной обработки смеси, но исследования Л. Пастера, посвященные различ­ ной растворимости смесей диастереопзомеров, легли в ос­ нову использования алкалоидов для разделеипя рацеми­ ческих веществ на оптически активные формы.

Э. Фишер первый использовал принцип диастереоизо­ мерии для создания общего метода разделеипя стереопзомеров аминокислот. Самым важным методологическим мо­ ментом во введении этих приемов в практику химии аминокислот было сознательное включение их в циклы кон­ кретных с и н т е т и ч е с к и х методов получения аминокис­ лот. Таким образом, Фишер создал систему методов асим-

71

метрического синтеза аминокислот, чем сразу перевёл Хп- мшо аминокислот иа новую ступень. В этих открывающих белковый цикл исследованиях Э. Фишер, как и во многих предыдущих работах, проявил свою способность модифи­ цировать и использовать для разрешения возникающих проблем самые различные методы.

В основе способа разделения оптических антиподов ле­ жало образование комплексов с оптически активным алка­ лоидом. Фишер заметил, что аминокислота реагирует с алкалоидом гораздо успешнее, если аминогруппа заблоки­ рована. Для этого, используя модифицированный метод беизошшрованпя, он получал N-бензоилпроизводные ра­ цемических аминокислот. Кстати говоря, создание метода бензоплировання аминокислот имело, вероятно, не мень­ шее значение для дальнейшего развития химии аминокис­ лот, чем метод разделения стереоизомеров. Фишер сумел пробензоилировать аспарагиновую и глутаминовую кисло­ ты, что прежде не удавалось сделать.

К полученным N-ацилпроизводным добавляли алкало­ ид, например, бруцин, стрихнин, хинин, хинпдни пли цин­ хонин. Образовавшиеся две диастереопзомерные формы солей обладали различной растворимостью. После разделе­ ния этпх диастереоизомеров акалоид отделяли и ацильную группу удаляли путем гидролиза.

Этим методом были расщеплены N-ацилпроизводпые (бензоилпроизводные) рацематов аланина, аспарагиновой и глутаминовой кислот [10], лейцина [11], фенилаланина [12], тирозина [13]. В дальнейшем кроме бензоилированных Э. Фишер использовал и другие N-ацилпроизводиые. В работе, проведенной совместно с О. Варбургом, для полу­ чения изомеров лейцина он предложил использовать формилпроизводные [14]. При разделении стереоизомеров серина [15] и пролина [16] были использованы N-(ju-hh- тробеизпл) производные аминокислот, так как эти соеди­ нения лучше растворялись в воде.

Э. Фишер понимал, что дальнейшее развитие работ на этом этапе зависит в первую очередь от знания строения и свойств отдельных аминокислот. Но в то время не суще­ ствовало разработанного и широко применимого общего метода синтеза а-аминокислот. Используемые для синтеза аминокислот реакции замещения соответствующих галогенизированиых жирных кислот и циангидринный метод А. Штреккера оказались не столь универсальны, как это

72

тогда считалось. Дело в том, что для их успешного исполь­ зования необходимо было иметь либо соответствующие а-галогеппроизводные жирных кислот, либо соответствую­ щие альдегиды, получение которых оказалось весьма тру­ доемким, а иногда и просто невозможным в то время де­ лом.

При создании общего пути синтеза а-аминокпслот Э. Фишер снова проявил себя мастером использования из­ вестных методов для решения конкретных задач. Для про­ ведения синтеза он брал арилироваииую или алкилирован­ ную им малоновую кислоту, которая легко бромировалась в a -положении. При этом происходило декарбоксплирование и образование а-бромкарбоиовой кислоты. Таким спо­ собом ему удалось получить из бензилмалоповой кислоты фенилаланин [17], а из изобутилмалоиовой кислоты — лей­

цин [18].

Вг» СО,

(СНз)аСНСНзСН(СООН)3-» (СН.ч)2СНСНзС—Вг (СООИ)з----->

NH,

-> (СТ-Ь)зСНСНоСНВгСООН— >(CHs)aCHCHsCHNHsCOOH.

Однако перед Фишером возникла новая задача, которая требовала совершенно иных подходов для своего реше­ ния — синтез диаминокислот.

Описанный выше путь был для этого непригоден. Полу­ чаемые с большим трудом и малым выходом дважды бромированные производные при обработке аммиаком пере­ ходили в циклические продукты. Эти побочные реакции в 1900 г. не смог обойти и такой талантлпвый эксперимен­ татор, как Р. Вплыптеттер, который не сумел синтезиро­ вать а, 6-дпбромвалерпановую кислоту [19]. Но Э. Фишер, используя малоновую кислоту, сумел преодолеть этп труд­ ности. Синтез он проводил по схеме: ('у-фталпмидопропил)- малоновый эфир бромировали в a -положении, омылялп (происходило декарбоксилпроваипе), аминировали и уда­ ляли фталильпую защитную группу нагреванием в НС1:

• СоШ 44N (СНз)з СВг(СООН)о

V '

73

со

Этим методом Эмиль Фишер синтезировал орпптип [20]. Метод получения аргпппна из природного орпптипа был ра­ нее разработан Э. Шульце и Э. Впнтерштейном [21].

Затем Э. Фптпер совместно с Ф. Вейгертом разработали оригинальный метод синтеза очень важной аминокисло­ ты — лпзппа. Для этого давно известный (^-цпаиопроппл)- малоновый эфпр переводплп действием азотистой кислоты в оксим эфира валериановой кислоты, который восстанавли­ вался металлическим натрием и спиртом с последующим омылением [22]:

NCCH2CM2CII2 (СООП)з NCCM2CH2CI-I2C (NOI-I) COOR — > -> NH2CH2CI-I2CH2CII2CHNH2COOII.

После того как в 1865 г. Э. Крамер среди продуктов гидролиза белков шелка открыл серии [23], эта аминокис­ лота из-за наличия в пей окспгруппы стала, пожалуй, од­ ной из самых пптереспых аминокислот для химиков, иссле­ довавших белок. Строение этого соединения в точности не было известно в то время, когда Э. Фишер пытался его синтезировать. Ему совместно с Г. Лейксом очень быстро удалось получить серии из гликолевого альдегида [24]:

а затем Г. Лейке усовершенствовал этот метод [25]:

т.трм ТТТСГ

С2Н5 ОСН2СНО _ - . C 2H5OGI-I2CHNH2CN — С2ITлОСН2С1-INн2сООН----.

NHa

-з h o ch 2ci-in h 2c o o h .

Врезультате этих синтезов была окончательно установлена структура сернпа как а-амнпо-р-океппропиоповой кислоты.

Эти работы помогли Фишеру показать, что L-серпи явля­ ется важным компонентом продуктов распада фиброина шелка [26],

74

В целом этими работами было подготовлено важное за­ ключение о том, что многие аминокислоты, встречающиеся в белковых гидролизатах, оптически активны, обладают амипогругшой в а-положешш, причем имеют общую L-копфигурацпю у а-углеродного атома.

Первое свидетельство в пользу этого утверждения было получено в 1907 г. Э. Фишером и К. Раске [27, 28]. Они осуществили взаимопревращения трех аминокислот и пре­ вращение их в идентичные продукты. При этом они исполь­ зовали реакции, не затрагивающие асимметрический а-уг- леродный атом. Полученный Фишером L-серии они пере­ вели в L-алаппп и L-цистпм через хлорированный продукт:

г

1

ш-ь

I

СНз-С—соон

I

н

Э; Фишер придавал этим работам большое зиачеипе. Он допускал, что подобными превращениями оптически активных соединений биосинтез аминокислот в организме может быть связан через глицериновую кпслоту с угле­ водородным обменом.

В работах Фишера заложены основы изучения кор­ реляции конфигураций стереоизомеров «.-аминокислот.

Создание Эмилем Фишером новых разнообразных ме­ тодов синтеза аминокислот имело важные методологические последствия. Они имели принципиальное значение для дальнейшего развития как синтетической химии амино­ кислот, так и стереохимии аминокислот, подлинным ос­ нователем которой является Э. Фишер.

Прежде всего, работы Э. Фишера показали, что пути к конструктивному зиаишо принципов строения амино­ кислот, их получения, а также основных свойств лежат не в направлении создания достаточно общих методов, подобных методам А. Штреккера и Г. Лпмпрпхта (см. [29]). Оказалось, что и получение алапппа А. Штреккером в 1850 г. и синтез лейцина Г. Лнмпрпхтом в 1870 г.

75

вавших химиков. И хотя модификации метода Штреккера

серина Э. Фишером, по существу, работы последнего уста­ новили водораздел между х и м и е й а м и н о к и с л о т в ц е л о м и х и м и е й п р и р о д н ы х а м и н о к и с л о т . И еслп в химии аминокислот в целом метод Штреккера сохранил важные позиции, н его история, включающая разработки многочисленных модификаций и усовершен­ ствований от А. Пиинера и А. Шпплкера в 1889 г. [31] до Н. Д. Зелинского п Г. Стадникова в 1906 г. [32], вхо­ дит важным звеном в историю органического синтеза, то в химии природных аминокислот он остался групповым методом, имеющим локальное значение.

Такая же судьба постигла и другие методы, которые первоначально рассматривались как общие: ампнпрованпе а-галогенаминокислот, впервые использованное А. Кауром в 1858 г. (см. [32]), ампнированне с молеку­ лярной перегруппировкой, введенное в 1890 г. Т. Курциусом и В. Зибером [33], и некоторые другие, в том числе разработанные Э. Фишером и сначала рассматриваемые как общие.

Граница между химией природных аминокислот п аминокислот в целом была установлена работами Эмиля Фишера и еще в одной области — в стереохимии амино­ кислот, объединенной им в единое целое из разрозненных наблюдении.

Именно синтетические работы Э. Фишера и последо­ вавшие за ними эксперименты по взаимному превраще­ нию отдельных аминокислот привели к созданию пред­ ставления об обязательности а-амиио-строения природ­ ных аминокислот. Этот вывод при его достаточном экспе­ риментальном подтверждении значил очень много. Вопервых, этим утверждался принцип единой пептидной связи аминокислот в белках. Во-вторых, встал вопрос о создании сложной системы гомологического, а также пер­ вичных и вторичных генетических рядов аминокислот,

вкоторых природные аминокислоты могли быть отнесены

кгомологическому а-амипо-ряду, но ^-радикальному ге­ нетическому ряду. Вместе с тем работы по §-, у-амино-