基連尼－費雪合成

基連尼－費雪合成 (Kiliani–Fischer Synthesis)
國立臺灣師範大學化學所碩士生 張依湄

基連尼—費雪合成 (Kiliani–Fischer synthesis)，是指由兩位德國化學家先後提出合成單醣的方法。

圖一、Heinrich Kiliani（來源:參考資料[1]）

圖二、Hermann Emil Fischer（來源:參考資料[2]）

海因利希．基連尼 (Heinrich Kiliani, 1855.10.30 — 1945.2.25)，出生在德國的烏茲堡，他在慕尼黑工業大學 Emil Erlenmeyer ^[3] 教授的指導下取得他的博士學位，於 1892 年最終取得了教授職，在慕尼黑工業大學時期主要研究醣類化學，他在醣類的基礎發展上有很大的貢獻。1897 年前往德國的弗萊堡大學擔任藥物化學的教授，1945 年逝世於德國弗萊堡。

基連尼在 1886 年發現了醛糖 (aldose) 跟氰化氫 (hydrogen cyanide, HCN) 反應會產生成對的羥腈 (Cyanhydrins) 立體異構物（圖三），同時還可以增加一個新的碳原子，主要的機制是氰醇反應 (cyanohydrin reaction)，如圖四。

隨後在基連尼建立的醣類基礎下，費雪提供了一個多重步驟能把氰基團 (CN) 轉換成醛基 (aldehyde) 的合成方法，稱為「基連尼–費雪合成 (Kiliani–Fischer synthesis)」^[5]，以阿拉伯糖 (D-Arabinose) 為例的合成方式如圖五：

首先：醛糖與含水的氰化物（通常使用氰化鈉 (sodium cyanide, NaCN) 作為試劑），利用親核加成在羰基得到氰醇，透過在水中加熱後，將氰化物水解成具有羧酸基團、形成更穩定的非鏡像異構體內酯混合物，透過分離方法兩個混合物後再使用鈉汞齊（Na(Hg) 合金）還原，最後可拿到葡萄糖 (D-Glucose) 和甘露糖 (D-Mannose)，產率可趨近於 30%。

而近幾年已經有比最初的基連尼—費雪合成還要更快速的合成方法、且可以有較高的產率，只需要兩個步驟就能合成，如下圖六：阿拉伯糖與氰化氫進行氰醇反應後形成氰醇，之後使用氫氣還原氰醇、再用鈀/硫酸鋇的催化下形成亞胺，亞胺在水中會進行快速的水解形成醛，就可拿到目標產物–葡萄糖和甘露糖，新的合成方法不但比舊的方法來的簡單，產率也可以很高；另外，還有一不同的是最初的方法拿到兩種的異構體是在形成內酯中間體進行的，最新的方法是在形成醣類後才分離拿到兩種醣。

一般來說，基連尼—費雪合成主要用在於較難生產的醣類或是從自然界無法取得的醣類，雖然它可以從醛醣來提供不同立體異構物的醣類，但是必須要先有前醛醣起始物才可進行此類反應，如果前起始物不容易做，必須要拿大量的前起始物，才可拿到較多的醣類產物。

基連尼在醣類的合成的重要貢獻可說是相當重要的里程碑，而費雪也創立了費雪投影式^[6]，讓醣類化學有個更好的開端。有機化學中的醣類扮演一個很重要的角色，醫學上靠醣類合成可具有生物活性的化合物，在食物中醣類的種類也非常多，能夠讓我們更了解食物中的醣類具有哪些性質對身體是否有益；且醣類牽涉的反應還很多，基連尼–費雪合成只是一個合成的基礎反應，因此，我們可以再去學習與醣類相關的反應。

延伸閱讀：化學傳記：1902年諾貝爾化學獎得主－費雪（Hermann Emil Fischer）

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參考文獻

1. Heinrich Kiliani — https://de.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Kiliani
2. Hermann Emil Fischer — https://en.wikipedia.org/wiki/Hermann_Emil_Fischer
3. Emil Erlenmeyer — https://en.wikipedia.org/wiki/Emil_Erlenmeyer
4. Klein D.R.(2010). Organic Chemistry (1st Edition), Cyanhydrin reaction, pp 948-950.
5. Kiliani–Fischer synthesis — https://en.wikipedia.org/wiki/Kiliani%E2%80%93Fischer_synthesis
6. 費雪投影式的定義與應用｜科學Online。http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=58431