Стратегия органического синтеза

1. СТРАТЕГИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

Алехина Е.А.

2.

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
Алехина Е.А.

3. ФАКТОРЫ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ 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.
Алехина Е.А.

4. Стратегии органического синтеза

Стратегии
Ретросинтетическое
планирование
Ассоциативный
анализ
Алехина Е.А.
Синтетическое
планирование

5. Ретросинтетическое планирование

ДЕРЕВО
СИНТЕЗА
Алехина Е.А.

6. Определение понятий

Понятие
Синтоны
Определение
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.
Синтетичес реальное химическое соединение, позволяющее ввести в
-кий
молекулу отвечающий синтону структурный фрагмент.
эквивалент
Трансформ мысленные операции расчленения или изменения
функциональной группы (ФГ) при ретросинтетическом анализе.
ации
Любая такая мысленная трансформация является, по существу,
обратной по отношению к реальной реакции.
Алехина Е.А.

7.

Ретросинтетический анализ
Трансформация
расчленения
Трансформация
функциональной 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.
Алехина Е.А.

8.

РЕТРОСИНТЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
трансформация
расчленения
ЦС
замена на
Синтон
реакция
Алехина Е.А.
Синтетический
эквивалент

9.

РЕТРОСИНТЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
ЦС
трансформация
функциональной
группы
трансформация
расчленения
Соединениепредшественник
Синтон
замена
на
реакция
Алехина Е.А.
Синтетический
эквивалент

10.

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

11.

Нуклеофильные синтоны и их
синтетические эквиваленты
Нуклеофильный синтон
R
-
Синтетический эквивалент
RMgHal, RLi, R2Cd, RNa и др
Ar -
RCH=CH
ArMgHal, ArLi, ArH
-
RCH=CHMgHal, RCH=CHLi
RC≡C -
RC≡CMgHal, RC≡CNa
C≡N
KCN, NaCN
COOH
KCN, NaCN
Алехина Е.А.

12.

Электрофильные синтоны и их
синтетические эквиваленты
+NO
2
HNO3+H2SO4
+Cl
Cl2+FeCl3
+Br
Br2+FeBr3
+CH Cl
2
+SO H
3
+CH OH
2
ArN2+
CH2O+HCl+ZnCl2
H2SO4, SO3
CH2O+H+
[ArN2]+HalАлехина Е.А.
Реакции
электрофильного
замещения
аренов

13.

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.
Алехина Е.А.

14.

Ассоциативный анализ
Реакция конденсации
I
II
Реакция Дильса-Альдера
Алехина Е.А.
III

15.

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
Этилен
(диен)
(диенофил)
Алехина Е.А.
Циклогексен

16.

Реакция Дильса-Альдера
бензол
Бутадиен-1,3 Малеиновый
ангидрид
(диен)
(диенофил)
1,2,3,6-тетрагидрофталевый
ангидрид
Алехина Е.А.

17.

Реакция Дильса-Альдера
Бутадиен-1,3
(диен)
Пропиннитрил
(диенофил)
Алехина Е.А.
Циклопептадиен-1,4карбонитрил-1

18.

Реакция Дильса-Альдера
1,2-Диметиленциклогексан
(диен)
n-Бензохинон
(циклогесадиен-2,5дион-1,4)
(диенофил)
Трицикл
(ансамбль колец)
В итоге образуется поли-(метилен-1,4-бицикло-(2,2,1)-гептан
Алехина Е.А.

19.

Примеры синтезов
по реакции Дильса-Альдера
Алехина Е.А.

20.

Примеры синтезов
по реакции Дильса-Альдера
Алехина Е.А.

21.

Ассоциативный анализ
Реакция конденсации
I
II
Реакция Дильса-Альдера
Алехина Е.А.
III

22.

Ассоциативный анализ
O
CH 2
HC
HС
+
С
H3C
C
t
C
o
NH
HC
C
CH 2
малеинимид
ì àëåèí
èì èä
H2
NH
C
H3C
O
èçîизопрен
ï ðåí
O
O
O
3-метил-1,2,5,6-тетра3-ì åòèë-1,2,5,6-òåòðàгидрофталимид
ãèäðî ô òàëèì èä
Алехина Е.А.
C
NH
Ni
H3C
C
O
3-метилгекса3-ì åòèëãåêñàгидрофталимид
ãèäðî ô òàëèì èä

23.

Ассоциативный анализ
O
O
C
C
NH
+
Na
ClCH 2COOC2H5
NNa
-1/2H
H3C
C
C
H3C
O
O
O
O
C
ClCH 2COOC2H5
N
C
H3C
O
Алехина Е.А.
H2
C
+
C
OC2H5
NaCl

24.

Некоторые методы удлинения
углеродного скелета
Реакция
Пример
Функционализация с удлинением цепи на один атом углерода
Образование
нитрилов
NaCN
CH
ÑÍ 33CH
ÑH22Br
Br
CH
ÑÍ3CH
2CN
3ÑH
2CN + NaBr
SN2
+
N
N
Cl-
CN
NaCN
+
NaCl + N2
Cu2(CN)2
O
Образование
циангидринов
H3C
C
HCN
H3C
H
C
CN
H
OH
OH
O
C
C
CH 3
CH 3
HCN
Карбоксилирование
металлоорганических
соединений
CH3CH2MgBr
H
H
1) CO2
2) H3O+
1) CO2
2) H3O+
Алехина Е.А.
H
H
CH3CH2COOH
COOH
Li
H
CN

25.

Удлинение углеродной цепи на один или
несколько атомов углерода
Реакция Вюрца
Реакция
Вюрца-Фиттига
Na
CH3CH2CH2Br
C6H5Br
+ C2H5Br
Реакция Кольбе
CH3CH2COONa
Реакция
алкилирования по
Фриделю-Крафтсу
CH3(CH2)4CH3
Na
электролиз
ýëåêò ðî ëèç
C6H5C2H5
CH3CH2CH2CH3
CH 3
CH
CH3CH2CH2Cl
CH 3
AlCl 3
Реакция
ацилирования по
Фриделю-Крафтсу
O
O
CCH 2CH 3
CH3CH2CCl
AlCl 3
Алехина Е.А.

26.

Удлинение углеродной цепи на один или
несколько атомов углерода
Алкилирование
алкинов
Димеризация
алкинов
Димеризация
алкенов
CH3C
HC
H3C
1) NaNH2
CH
Cu2Cl2
CH
C
2) C2H5Br
C
C2H5
H
C
C
CH
H2C
NH4Cl
CH2
CH3C
60% H2SO4
CH3
CH 3
H3C
C
CH 3
Алехина Е.А.
CH 3
CH 3
H2
C
C
CH 2
+ H3C
C
CH 3
H
C
C
CH 3
CH 3

27.

Некоторые методы уменьшения
длины углеродной цепи
Реакция
Декарбоксилирование
карбоновых кислот:
а) реакция Дюма
б) перегруппировка
Гофмана
Пример
NaOH
CaO
CH3CH2COONa
O
Br2
CH3CH2C
2NaOH
CH3CH3 + Na2CO3
CH3CH2NH2 + CO2 + NaBr + H2O
NH2
Крекинг углеводородов
C8H18
Окисление третичных
спиртов
to
C4H10 + C4H8 + C2H6 + C2H4 + C6H12 + C6H14
O
OH
H3C
H2
C
C
CH3
Алехина Е.А.
CH3
KMnO4
H+
CH3COOH + CH3CCH3

28.

Некоторые методы уменьшения
длины углеродной цепи
Реакция
Окисление
углеводородов:
Пример
O
H3C
H
C
KMnO4
CH3
H+
H3C
C
C
CH2CH3
KMnO4
CH 2CH 3
в) алкиларенов
CH3COOH + CH3CCH3
CH3
а) алкенов
б) алкинов
C
CH3COOH + CH3CH2COOH
COOH
KMnO4
H+
Алехина Е.А.
H+
+ CO2 + H2O

29.

Реакции без изменения длины цепи
(функционализация и изомерия)
Алехина Е.А.

30.

Реакции без изменения длины цепи
(функционализация и изомерия)
Алехина Е.А.

31.

Сырье органического синтеза
• Углеводороды (предельные,
непредельные, ароматические)
• Синтез-газ (СО + Н2)
• Оксид углерода (IV)
• Неорганические вещества (галогены,
кислоты, щелочи, кислород, водород и др.)
Алехина Е.А.