α-Methylvalin

Strukturformel
Strukturformel von α-Methylvalin
Vereinfachte Strukturformel ohne Stereochemie
Allgemeines
Name α-Methylvalin
Andere Namen
  • 2-Amino-2,3-dimethylbutansäure (IUPAC)
  • 2-Amino-2,3-dimethylbuttersäure
Summenformel C6H13NO2
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer
PubChem 7408715
ChemSpider 5731360
Wikidata Q72436246
Eigenschaften
Molare Masse 131,175 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[3]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

α-Methylvalin ist eine nichtproteinogene Aminosäure. Sie ist eine von mehreren chiralen α,α-Dialkylaminosäuren, die auf den Meteoriten Murray und Murchison gefunden wurden und einen leichten Enantiomerenüberschuss aufweisen, welcher in Richtung der Homochiralität der α-Aminosäuren irdischer Lebewesen weist. Von der essentiellen Aminosäure Valin unterscheidet sie sich durch eine α-ständige Methylgruppe. Industriell produziertes α-Methylvalin dient vor allem der Herstellung von Pflanzenschutzmitteln.

Vorkommen

Die Verbindung wurde auf den kohligen Chondriten Murray und Murchison gefunden. Der festgestellte Enantiomerenüberschuss für das (S)-Enantiomer beträgt 2,2 % (Murray) bzw. 3,2 % (Murchison).[4] Ebenda nachgewiesene chirale Alkansäuren wie 2,3-Dimethylbuttersäure, dessen α-Amino-Derivat α-Methylvalin ist, wurden dagegen als Racemat vorgefunden.[5]

Herstellung

Der älteste Weg zur Darstellung von α-Methylvalin ist die Strecker-Synthese aus 3-Methylbutanon.[6] Bessere Ausbeute und Reinheit können mit der Methode von Pfister et al.[7] erhalten werden, in der anstelle des α-Aminonitrils das entsprechende Hydantoin-Derivat 5-Methyl-5-isopropylhydantoin gebildet und hydrolysiert wird.[1] Auch eine Darstellung aus 2,3-Dimethylbuttersäure über α-Bromierung und anschließende Substitution mit Ammoniak ist möglich.[8]

Bei allen vorgenannten Syntheserouten entsteht das Racemat. Eine enzymatische Racematspaltung ist mit der Methode von Marshall et al. möglich, indem zunächst das Amid mit Trifluoressigsäureanhydrid gebildet wird. Carboxypeptidase A katalysiert nur die Spaltung der Peptidbindung des (S)-Enantiomers, dessen Konfiguration jener proteinogener Aminosäuren entspricht. Das freigesetzte (S)-Enantiomer und das unverändert N-trifluoracetylierte (R)-Enantiomer können durch Extraktion voneinander getrennt werden. Anschließende Hydrolyse des letzteren mit Natriumhydroxid liefert auch das freie (R)-Enantiomer.[2] Alternativ können mit anderen chiralen Verbindungen diastereomere Derivate gebildet werden, die sich durch Umkristallisation oder Chromatographie trennen lassen.[9][10]

Außerdem gibt es verschiedene Wege zur selektiven Synthese eines Enantiomers:[11] Seebach et al. entwickelten einen Weg, das Stereozentrum von Aminosäuren zu alkylieren, ohne es dabei zu racemisieren. Auf diese Weise kann auch (S)-α-Methylvalin aus natürlich vorkommendem (S)-Valin erhalten werden.[12] Beide Enantiomere können gezielt durch diastereoselektive Alkylierung chiraler α-Cyanoester dargestellt werden.[13]

Eigenschaften und Verwendung

Infolge des Nichtvorhandenseins eines α-ständigen Wasserstoffatoms sind die Enantiomere von α-Methyl-α-aminosäuren wie α-Methylvalin stabiler gegenüber Racemisierung als jene von α-H-α-Aminosäuren wie Valin.[14] Unter verschiedenen nichtproteinogenen Aminosäuren erweist sich die optische Aktivität von (S)-α-Methylvalin als besonders resistent gegenüber γ-Strahlung: Obwohl sich bei einer Dosis von 3,2 MGy etwa 30 % radiolytisch zersetzen, bleiben etwa 90 % der optischen Aktivität erhalten.[15]

Die Sekundärstruktur von Peptiden aus achiralem α-Methylalanin kann dadurch beeinflusst werden, welches der Enantiomere als N-Terminus angefügt wird. Mit (R)-α-Methylvalin bilden sich – ebenso wie mit (S)-Valin – überwiegend linkshändige 310-Helices aus, mit (S)-α-Methylvalin dagegen rechtshändige. Ursache hierfür ist, dass die β-Schleife vom Typ II, wie sie im Falle von (S)-Valin begünstigt wird, im Falle von (S)-α-Methylvalin durch die ekliptische Konformation der zusätzlichen Methylgruppe destabilisiert wird, sodass bevorzugt eine β-Schleife vom Typ III entsteht, was zu einer rechtshändigen 310-Helix führt. Das spiegelbildliche (R)-Enantiomer induziert dementsprechend die linkshändige Helix.[16] Das Verhältnis der beiden Konformationen beträgt etwa 3:1.[17]

In der Industrie wird α-Methylvalin zur Herstellung verschiedener Herbizide verwandt, unter anderem von Imazapyr (enthalten in der Pflanzenschutzmittelformulierung Arsenal).[18]

Einzelnachweise

  1. ↑ a b H. R. V. Arnstein, H. Margreiter: The biosynthesis of penicillin. 7. Further experiments on the utilization of l- and d-valine and the effect of cystine and valine analogues on penicillin synthesis. In: Biochemical Journal, 1958, Band 68, S. 339–348, doi:10.1042/bj0680339.
  2. ↑ a b John Turk, G. T. Panse, Garland R. Marshall: Studies with α-Methyl Amino Acids. Resolution and Amino Protection. In: The Journal of Organic Chemistry, 1975, Band 40, S. 953–955, doi:10.1021/jo00895a032.
  3. ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  4. ↑ S. Pizzarello, J. R. Cronin: Non-racemic amino acids in the Murray and Murchison meteorites. In: Geochimica et Cosmochimica Acta, 2000, Band 64, S. 329–338, doi:10.1016/S0016-7037(99)00280-X.
  5. ↑ José C. Aponte, Rafael Tarozo, Marcelo R. Alexandre, Conel M.O’D. Alexander, Steven B. Charnley, Christian Hallmann, Roger E. Summons, Yongsong Huang: Chirality of meteoritic free and IOM-derived monocarboxylic acids and implications for prebiotic organic synthesis. In: Geochimica et Cosmochimica Acta, 2014, Band 131, S. 1–12, doi:10.1016/j.gca.2014.01.035.
  6. ↑ K. Kurono: Zeitschrift für Biochemie, 1922, Nr. 134, S. 434, z. n. Arnstein/Margreiter 1958.
  7. ↑ K. Pfister 3rd., W. J. Leanza, J. P. Conbere, H. J. Becker, A. R. Matzuk, E. F. Rogers: α-Methyl-α-amino Acids. I. Homologs of Glutamic Acid, Methionine and Diaminopimelic Acid. In: Journal of the American Chemical Society, 1955, Band 77, S. 697–700, doi:10.1021/ja01608a045.
  8. ↑ Bonner, Tatum, Beadle: Archives of Biochemistry, 1944, Band 3, S. 88, z. n. Reaxys.
  9. ↑ Edwin Vedejs, Stephen C. Fields, Michael R. Schrimpf: Asymmetric transformation in synthesis: chiral amino acid enolate equivalents. In: Journal of the American Chemical Society, 1993, Band 115, S. 11612–11613, doi:10.1021/ja00077a076.
  10. ↑ Daniel Obrecht, Udo Bohdal, Clemens Broger, Daniel Bur, Christian Lehmann, Ruth Ruffieux, Peter Schönholzer, Clive Spiegler, Klaus Müller: L-Phenylalanine Cyclohexylamide: A simple and convenient auxiliary for the synthesis of optically pure α,α-disubstituted (R)- and (S)-amino acids. In: Helvetica Chimica Acta, 1995, Band 78, S. 563–580, doi:10.1002/hlca.19950780305.
  11. ↑ Carlos Cativiela, María Dolores Díaz-de-Villegas: Stereoselective synthesis of quaternary α-amino acids. Part 1: Acyclic compounds. In: Tetrahedron: Asymmetry, 1998, Band 9, S. 3517–3599, doi:10.1016/S0957-4166(98)00391-7.
  12. ↑ Dieter Seebach, Johannes D. Aebi, Reto Naef, Theodor Weber: α-Alkylation of Amino Acids without Racemization. Preparation of Either (S)- or (R)-α-Methyldopa from (S)-Alanine. In: Helvetica Chimica Acta, 1985, Band 68, S. 144–154, doi:10.1002/hlca.19850680118.
  13. ↑ Carlos Cativiela, María D. Díaz-de-Villegas, José A. Gálvez, Yolanda Lapeña: Chiral 2-cyano esters as synthetic intermediates in the synthesis of R and S α-methylvaline. In: Tetrahedron, 1995, Band 51, S. 5921–5928, doi:10.1016/0040-4020(95)00260-F.
  14. ↑ Z. Martins, M. A. Sephton: Extraterrestrial Amino Acids. In: Andrew B. Hughes (Hg.): Amino Acids, Peptides and Proteins in Organic Chemistry. Volume 1 - Origins and Synthesis of Amino Acids. Wiley-VCH, Weinheim 2009, ISBN 978-3-527-32096-7, S. 18.
  15. ↑ Franco Cataldo, Giancarlo Angelini, Yaser Hafez, Susana Iglesias-Groth: Solid state radiolysis of non-proteinaceous amino acids in vacuum: astrochemical implications. In: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2013, Band 295, S. 1235–1243, doi:10.1007/s10967-012-2167-2.
  16. ↑ Matteo De Poli, Marta De Zotti, James Raftery, Juan A. Aguilar, Gareth A. Morris, Jonathan Clayden: Left-Handed Helical Preference in an Achiral Peptide Chain Is Induced by an l-Amino Acid in an N-Terminal Type II β-Turn. In: The Journal of Organic Chemistry, 2013, Band 78, S. 2248–2255, doi:10.1021/jo302705k.
  17. ↑ Jordi Solà, Gareth A. Morris, Jonathan Clayden: Measuring Screw-Sense Preference in a Helical Oligomer by Comparison of 13C NMR Signal Separation at Slow and Fast Exchange. In: Journal of the American Chemical Society, 2011, Band 133, S. 3712–3715, doi:10.1021/ja1097034.
  18. ↑ Theo Sonke, Bernard Kaptein, Hans E. Schoemaker: Use of Enzymes in the Synthesis of Amino Acids. In: Andrew B. Hughes (Hg.): Amino Acids, Peptides and Proteins in Organic Chemistry. Volume 1 - Origins and Synthesis of Amino Acids. Wiley-VCH, Weinheim 2009, ISBN 978-3-527-32096-7, S. 79.
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