![]() |
|
|
ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ,
раздел органическое химии, в котором рассматриваются пути и методы искусств. создания
органическое соединение в лабораторная и пром. масштабах. Широко применим в лабораторная условиях (главным образом
для исследоват. целей) и в промышлености (см. Основной органический синтез. Тонкий
органический синтез). Успешное развитие ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с.
началось после разработки теории химический строения (см. Органическая химия)и
накопления сведений о химический свойствах органическое соединение (2-я пол. 19 в.). С этого времени
ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. как основные источник новых органическое соединение играет фундам. роль в становлении органическое
химии как науки и в ее дальнейшем развитии, обеспечивая постоянно расширяющийся
круг изучаемых объектов. Развитие ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. в 20 в., особенно в последние десятилетия,
характеризуется все возрастающим вниманием к синтезу природные соединение и их аналогов,
значительной укреплением методич. базы (созданием надежных синтетич. методов), началом
создания самостоят. теории ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. Осуществление синтеза сложнейших природные соединение
(например, хлорофилла, витамина В12, биополимеров), создание материалов
с необычными свойствами (например, так называемой металлов органических)показывает,
что для современного ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. практически не существует неразрешимых задач. В статье рассмотрены вопросы,
касающиеся планирования ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с.,т. е. выбора оптим. пути получения соединение с заранее
заданной структурой. Конкретные методы синтеза-образование новой связи С—С,
введение функциональных групп и др. изложены в статьях, посвященных реакциям (например, алкилиро-вание,
Арбузова реакция, диеновый синтез, нитрование). Обычно синтез целевого
соединение осуществляют из относительно простых и доступных (т. е. выпускаемых промышленостью)
исходных веществ. Как правило, при синтезе сложных веществ путь от исходных соединений к
целевому разбивается на ряд этапов (стадий), на каждом из которых происходит образование
одной-двух связей (фрагментов) будущей молекулы или подготовка к образованию
таких связей. Осуществление ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. сопряжено
с решением двух основные вопросов: 1) разработка общего плана синтеза, т.е. выбор
оптим. исходных соединений и последовательности стадий, ведущих кратчайшим путем
к целевому продукту (стратегия синтеза); 2) выбор (или разработка новых) синтетич.
методов, обеспечивающих возможность построения необходимой связи в определенном
месте собираемой молекулы (тактика синтеза). Основу тактики ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. составляют
различные синтетич. методы, каждый из которых представляет собой стандартную совокупность
одной или несколько реакций и приемов выделения продуктов, которые обеспечивают возможность
построения или разрыва определенного типа связи (или связей), необходимой для
синтеза целевого соединения. Важные характеристики эффективного синтетич. метода
- общность (слабая зависимость результата от конкретных особенностей структуры
исходных соединений), селективность (участие в основные реакциях метода лишь определенных
функциональных групп) и высокие выходы продуктов. Типичным примером эффективного синтетич.
метода может служить синтез олефинов по Виттигу (реакции 1-3) из алкилгалогенидов
и карбонильных соединений: Осн. методы ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. можно
разбить на три группы: 1) конструктивные, ведущие к образованию новых связей
С—С, назначение которых-построение скелета будущей молекулы (например, реакция Гриньяра,
реакция Фриделя-Крафтса, цикло-присоединение); 2) деструктивные, ведущие к разрыву
определенных связей С—С с целью удаления той или иной группировки из молекулы
после того, как ее роль в синтезе сыграна (например, декарбоксилирование, периодатное
окисление диолов); 3) методы трансформации функциональных групп. Последнее важно для
введения в молекулы исходных или проме-жут. соединение функциональных групп и их защиты (см.
Защитные группы), требующихся для осуществления очередной конструктивной
реакции, а на заключит. стадиях синтеза-для введения необходимых функциональных групп
в целевое соединение. Методы трансформации функц.
групп (например, превращаются спиртов в алкилгалогениды, простые и сложные эфиры, карбонильные
соединение и обратные им превращения) хорошо разработаны. Это позволяет говорить
о синтетич. эквивалентности функциональных групп и целых фрагментов молекул, если они
легко взаимопревращаемы. Например, при синтезе замещенных бензиловых спиртов (4
и 5) и алкиларилов (4 и 6) введение в молекулу арена ацильного остатки (4) в
синтетич. плане эквивалентно введению Принцип синтетич. эквивалентности
позволяет использовать практически весь арсенал существующих реакций для сборки
целевой структуры почти независимо от конкретного распределения (или отсутствия)
в ней функциональных групп; например, наращивание углеродной цепи путем алкилирования моно-замещенных
ацетиленидов можно рассматривать как метод синтеза цис-олефинов, легко
получаемых из дизамещенных ацетиленов путем частичного гидрирования. Рассмотрение вопросов синтетич.
эквивалентности привело к введению в ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. понятия "синтон", под
к-рым подразумевают реальные или нереальные (виртуальные) частицы, присоединение
которых к субстрату соответствует введению в него определенной (обычно достаточно
крупной и распространенной в органическое соединение) группы. Синтон-понятие абстрактное,
описывающее в символич. виде результат к.-л. синтетич. операции. Ему должен
соответствовать тот или иной реагент (реагенты), участвующий в реальной реакции.
Так, например, записанной на синтонном языке реакции (7), ведущей к карбоновым кислотам,
соответствуют реальные реакции (8 и 9), в которых синтетич. эквивалентом синтона
-СООН выступает CN- (записывается -СООН Представление о синтонах
широко используют для решения тактич. и стратегич. задач в ретросинтетическом
анализе. При этом целесообразно осуществлять разборку (на схемах символ Реагентами, эквивалентными
синтонам I и II, могут служить соответственно металлоорганическое соединение III и СО2,
а реальными реакциями, отвечающими такой разборке,-реакции 10 и 11: Использование синтонного
подхода в поиске оптим. путей синтеза позволяет в значительной мере формализовать
(свести к набору некоторых руководящих правил) выбор пути ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с., основывавшийся
ранее главным образом на личном опыте и интуиции исследователя. Синтонный подход позволяет
иногда прийти чисто логич. путем к решениям эвристич. характера. Последнее связано
главным образом с использованием "переполяризованных" синтонов, в которых
вводимый в молекулу фрагмент характеризуется необычной, парадоксальной, с точки
зрения обычных представлений органическое химии, полярностью или структурой. Примером
может служить ретросинтетич. анализ альдегидов (12), ведущий к электроф. синтону
R+, синтетич. эквиваленты которого традиционны, и "парадоксальному"
синтону -СН=О. Последний может быть реализован путем использования его
синтетич. эквивалента-метилен-дитиоацеталя (IV), включение которого в последовательность
реакций (13) обеспечивает возможность генерирования карб-аниона (V) и получение
целевого альдегида: Т. обр., последовательность
реакций (13) эквивалентна первоначальной парадоксальной разборке (12). Наряду с традиц. синтетич.
методами, обеспечивающими сборку одной связи в молекуле, большую роль играют
методы, в которых реакция или последовательность реакций обеспечивает образование
несколько связей и одновременно сборку крупного мол. фрагмента, как, например, в аннелировании
по Робинсону (см. Робинсона -Манниха реакция). Поскольку методы такого
типа позволяют решать не только частные тактич. задачи, но и вопросы целостного
построения ключевого элемента структуры конечного продукта, их принято относить
к числу стратегических. При разработке стратегии
сложного ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. используют несколько различные подходов. В логич. отношении наиболее простой
из них состоит в последоват. ретросинтетич. разборке связей, входящих в целевую
молекулу таким образом, чтобы в итоге выйти к подходящим исходным соединениям.
Каждый шаг такой разборки должен приводить к распознаваемым синтонам, с тем
чтобы обратная операция (сборка соответствующей связи в реальном синтезе) была
обеспечена эффективным синтетич. методом. Для любой более или менее сложной
органическое молекулы можно написать множество ретросинтетич. схем, построенных на таком
принципе. Это же справедливо и для большинства промежуточные соединение, возникающих
на каждом шаге ретросинтетич. анализа. В результате строится "древо"
решений, выбор оптим. пути в котором требует глубокого анализа. Исследование теоретич.
основ ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. направлено, в частности, на создание методов отсечения наим. перспективных
вариантов и поиск наиболее плодотворных. В этих исследованиях ключевое место занимает
поня тие стратегии,
связи, т.е. такой связи, с разборки которой целесообразно начинать ретросинтетич.
анализ (для целевых и промежуточные соединение). Сформулирован ряд принципов выбора стратегич.
связи, формализованных до такой степени, что на их основе появилась возможность
создания программ для ЭВМ с целью осуществления ретросинтетич. анализа в т.
называют компьютерном синтезе. Однако такой подход имеет ряд недостатков.
Один из них состоит в том, что молекула в этом случае рассматривается как сумма
ковалентных связей, т.е. без учета специфики, присущей конкретной структуре
как целому. Тщательный же анализ такой
специфики (второй путь планирования ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с.) позволяет в ряде случаев находить
неожиданные эвристич. решения, обеспечивающие высокую эффективность синтеза.
Пример такого решения трехста-дийный синтез природные производных циклопентаноидов
(14), осуществленных Г. Мета и А. Редди в 1981: Третий принцип планирования
состоит в выборе той или иной стратегич. реакции как ключевой стадии синтеза (например,
построение присущего целевому соединение углеродного скелета) с последующей ретросинтетич.
"подгонкой" целевой структуры к продукту этой реакции. Несмотря на
то что такой путь обычно сопряжен с включением в схему синтеза ряда дополнительной
стадий (введения, удаления или защиты функциональных групп), он нередко обеспечивает
высокую эффективность схемы в целом, поскольку позволяет в одну-две стадии решить
основные стратегич. задачу синтеза. Так, в кратчайшем из известных на сегодня синтезе
стероидов (его разработали Р. Фанк и К. Фольгардт в 1980) задача создания полициклический
скелета решается с помощью трех стратегич. реакций, выполняемых в одном реакционное
сосуде без выделения промежуточные продуктов (схема 15): "Болевая точка"
многостадийного синтеза - низкий выход целевого продукта. При среднем выходе
на стадию У общий выход на п стадий составляет Yn =
Yn. Поэтому важно при планировании
сложного синтеза минимизировать число стадий и выбирать наиболее эффективные синтегич.
методы для его осуществления. Др. путь повышения общего
выхода - использование так называемой конвергентных схем синтеза. При традиц. подходе
сборка сложной молекулы
из фрагментов Аi осуществляется путем последоват. усложнения
исходного субстрата в соответствии с "линейной" схемой (16): В отличие от такого приема,
конвергентные схемы синтеза предполагают параллельную сборку укрупняющихся мол.
блоков и заключит. сборку целевой молекулы из двух крупных блоков по схеме типа
(17): Для такой полностью конвергентной
схемы зависимость общего выхода от числа стадий имеет вид ЗАВИСИМОСТЬ ВЫХОДА КОНЕЧНОГО
ПРОДУКТА (В %) ОТ ЧИСЛА СТАДИЙ (средний
выход одной стадии 80%)
Конвергентные схемы имеют
также др. преимущества перед линейными: возможность разобщения сходных функц.
групп по разным ветвям схемы, в результате чего значительно упрощаются задачи
обеспечения селективности реакций (см. Региоселективностъ и региоспецифичность);
возможность одновременной проработки различные ветвей схемы, а также внесения
необходимых изменений в те или иные участки схемы без нарушения общего стратегич.
замысла. Осуществимость конвергентного пути синтеза строится на использовании
реакций, обеспечивающих возможность сборки молекул из крупных блоков, что, наряду
с синтонным подходом, в значительной мере обусловило успехи ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ с. (синтез хлорофилла,
витамина В12, полинуклеотидов и др.) и перевод многих чисто препаративных
синтезов в промышленные (например, синтез стереоидных гормонов и простагландинов). Литература. Чижов ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ С.,
Чижов А ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, Рациональное планирование сложного органического синтеза, М., 1986;
Бочков А Ф , Смит В А., Органический синтез, М., 1987. А.Ф. Бочков. Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |
|
Введение в химию окружающей среды. Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей
среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги
заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в
разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности.
Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и
атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на
химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах.
Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии
университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга
читателей.
Химия и технология редких и рассеянных элементов. Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов
химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии
лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во
второй
части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана,
лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В
третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия,
тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание
уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В
технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика
рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов
производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие
составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по
1972 год включительно.
|
|