Стратегия органического синтеза

Содержание

1.Факторы планирования органического синтеза

2. Общая стратегия синтеза

2.1. Ретросинтетическое планирование

2.2. Ассоциативновный анализ

2.3. Синтетическое планирование

3. Методы и приемы органического синтеза

3.1. Удлинение углеродной цепи

3.2. Уменьшение длины углеродной цепи

3.3. Защита функциональных групп

4. Сырье органического синтеза

• Доступность исходных веществ
• Выбор пути, дающего наибольший выход
• Выбор пути, связанного с наименьшим числом стадий
• Экономичность синтеза, стоимость реагентов, исходных веществ
• Трудоемкость синтеза, затраты времени
• Стереохимическая точность структуры
• Легкость выделения и очистки продуктов реакции
• Условия техники безопасности, токсичность продуктов
• Аналитический контроль
• Утилизация отходов и др.

Стратегии

Ретро-

синтетическое

планирование

Ассоциатив-

ный

анализ

Синтетическое

планирование

ДЕРЕВО

СИНТЕЗА

Понятие

Определение

Синтоны

структурные фрагменты молекул, которые возникают при мысленном расчленении по тем или иным связям, но это катионы и анионы, их образование формально соответствует гетеролитическому типу разрыва связи. Таким синтонам могут быть подобраны синтетические эквиваленты — стабильные: молекулы, поведение последних в химическом смысле эквивалентно поведению соответствующих синтонов.

реальное химическое соединение, позволяющее ввести в молекулу отвечающий синтону структурный фрагмент.

мысленные операции расчленения или изменения функциональной группы (ФГ) при ретросинтетическом анализе. Любая такая мысленная трансформация является, по существу, обратной по отношению к реальной реакции.

Синтетичес-кий эквивалент

Трансформации

Ретросинтети-ческий анализ

Трансформа-ция расчленения

Трансформа-ция функциональ-ной группы

умозрительный, приводящий к данному соединению процесс перехода от целевого соединения (ЦС) к исходным соединениям путем трансформаций. При осуществлении синтезов органических соединений решаются, как правило, две основные задачи: формирование углеродного остова путем удлинения, укорочения, изменения углеродной цепи и формирование функциональной группы путем ее прямого введения вместо атома водорода или модификации другой (иногда ФГ вводится временно с той или иной целью, после достижения которой решается задача удаления этой группы).

возникновение в результате мысленного расчленения С-С связи двух структурных фрагментов, которым можно, приписать электростатический заряд, центрированный на углеродном атоме.

введение, изменение и удаление функциональной группы.

РЕТРОСИНТЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

трансформация расчленения

замена на

ЦС

Синтетический эквивалент

Синтон

реакция

РЕТРОСИНТЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

трансформация функциональной группы

трансформация расчленения

ЦС

Синтон

Соединение-предшественник

замена

на

Синтетический эквивалент

реакция

АЛГОРИТМ РЕТРОСИНТЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА

• Изучение структуры, симметрии, особенностей углеродного остова, природы и взаимного расположения ФГ;
• Трансформация ФГ для перехода к соединению, расчленение которого является обратным по отношению к легче осуществляемой реакции;
• Выбор связей, наиболее подходящих для расчленения, расчленение и фиксация отвечающих ему синтонов, подбор синтетических эквивалентов для последних;
• Анализ дерева синтеза с целью выбора оптимального пути реального синтеза

Нуклеофильные синтоны и их

синтетические эквиваленты

Нуклеофильный синтон

Синтетический эквивалент

R

RMgHal, RLi, R 2 Cd, RNa и др

Ar

ArMgHal, ArLi, ArH

RCH=CH

RCH=CHMgHal, RCH=CHLi

RC ≡C

C ≡N

RC ≡CMgHal, RC≡CNa

KCN, NaCN

COOH

KCN, NaCN

-

-

-

-

-

-

Электрофильные синтоны и их

синтетические эквиваленты

+ NO 2

HNO 3 +H 2 SO 4

+ Cl

Cl 2 +FeCl 3

+ Br

Реакции

электро-

фильного замещения аренов

Br 2 +FeBr 3

+ CH 2 Cl

+ SO 3 H

CH 2 O+HCl+ZnCl 2

H 2 SO 4 , SO 3

+ CH 2 OH

CH 2 O+H +

ArN 2 +

[ArN 2 ] + Hal -

Ассоциативный анализ

Ассоциативный анализ близок по сути к реторосинтетическому и основан на установлении связи между строением и реакциями.

В этом подходе молекула фрагментируется на более простые соединения из которых промежуточные стадии получается целевой продукт.

Ассоциативный анализ

Реакция конденсации

III

I

II

Реакция Дильса-Альдера

Реакция Дильса-Альдера

1,4 присоединение к алкадиенам

Метод синтеза сложных циклических соединений реакция 1,4-циклоприсоединения к 1,3-алкадиенам, открытый Отто Дильсом и Куртом Альдером.

Бутадиен-1,3

(диен)

Этилен

(диенофил)

Циклогексен

Реакция Дильса-Альдера

бензол

Малеиновый

ангидрид

(диенофил)

Бутадиен-1,3

(диен)

1,2,3,6-тетрагидрофталевый

ангидрид

Примеры синтезов

по реакции Дильса-Альдера

Примеры синтезов

по реакции Дильса-Альдера

Ассоциативный анализ

Реакция конденсации

III

I

II

Реакция Дильса-Альдера

Ассоциативный анализ

3-метил-1,2,5,6-тетра-

гидрофталимид

изопрен

малеинимид

3-метилгекса-

гидрофталимид

Ассоциативный анализ

Некоторые методы удлинения

углеродного скелета

Реакция

Пример

Функционализация с удлинением цепи на один атом углерода

Образование

нитрилов

Образование циангидринов

Карбоксилирование металлоорганических соединений

CH 3 CH 2 Br

CH 3 CH 2 CN

Удлинение углеродной цепи на один или несколько атомов углерода

Реакция Вюрца

Реакция

Вюрца-Фиттига

Реакция Кольбе

Реакция

алкилирования по Фриделю-Крафтсу

Реакция

ацилирования по Фриделю-Крафтсу

электролиз

Удлинение углеродной цепи на один или несколько атомов углерода

Алкилирование алкинов

Димеризация алкинов

Димеризация алкенов

Некоторые методы уменьшения

длины углеродной цепи

Реакция

Пример

Декарбоксилирование карбоновых кислот:

а) реакция Дюма

б) перегруппировка Гофмана

Крекинг углеводородов

Окисление третичных спиртов

Некоторые методы уменьшения

длины углеродной цепи

Реакция

Пример

Окисление углеводородов:

а) алкенов

б) алкинов

в) алкиларенов

Реакции без изменения длины цепи (функционализация и изомерия)

Реакции без изменения длины цепи (функционализация и изомерия)

Сырье органического синтеза

• Углеводороды (предельные, непредельные, ароматические)
• Синтез-газ (СО + Н 2 )
• Оксид углерода (IV)
• Неорганические вещества (галогены, кислоты, щелочи, кислород, водород и др.)