рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Взаимопревращение функциональных групп как стратегический метод в полном синтезе.

Взаимопревращение функциональных групп как стратегический метод в полном синтезе. - раздел Образование, ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ   В Начальный Период Развития Органического Синтеза Было Естест...

 

В начальный период развития органического синтеза было естественно вы­страивать синтетическую цепочку, используя в качестве исходного соедине­ния то или иное вещество, выделяемое из природных источников. Именно на этой основе в 1911 г. Вильштеттером [21а] был осуществлен синтез цикло-октатетраена (137). Исходным соединением для этого синтеза послужил ал­калоид псевдопельтьерин (138), выделенный из корней гранатового дерева. Это соединение уже содержало 8-членный цикл, и поэтому представлялось наиболее естественным предшественником для получения 137. Задача Виль-цггеттера состояла в преобразование функциональности, имеющейся в алка­лоиде 138, в систему четырех двойных связей целевого продукта 137. Первая двойная связь была создана в результате восстановления кетогруппы с по­следующей дегидратацией, а построение остальных двойных связей было осуществлено с помощью последовательности таких простых реакций, как исчерпывающее метилирование, элиминирование по Гофману, бромирова-ние и т. д., как это показано на схеме 2.65. Все стадии этого 10-стадийного синтеза суть трансформации функциональных групп, две из которых неизо-гипсические (восстановление карбонила и присоединение брома), а осталь­ные — изогипсические.

Но надо сказать, что подобного рода частичные синтезы, основанные на преобразовании уже почти готовой заготовки в целевое соединение путем пере-функционализации, — большая редкость в истории органического синтеза, по крайней мере, применительно к карбоциклическим системам, поскольку лишь в очень редких случаях удавалось найти столь прямолинейное соответствие между структурами целевой молекулы и доступного природного соединения.

Схема 2.65
Схема 2.66  

Примером большей области, почти целиком построеной на частичных синтезах, может служить синтетическая химия углеводов. В этих исследовани­ях приходится решать задачи двух типов, а именно: синтез природных моносахарвдов и их аналогов и сборку олигомерных (олигосахариды) и полимерных (полисахариды) систем из моносахаридных мономеров. Природные моноса­хариды весьма разнообразны по структуре, но различия между ними сводятся почти исключительно к различиям в природе и расположении функциональ­ных групп, а также различиям в конфигурации асимметрических центров. В то же время большинство этих моносахаридов имеет одинаковый или очень сход­ный углеродный скелет — цепь из пяти или шести углеродных атомов. Многие природные моносахариды легкодоступны (как, например, D-глюкоза, L-apaбиноза и ряд других). Для их превращения во множество других моносахари­дов обычно достаточно изменить характер нескольких функциональных групп (скажем, заменить спиртовую группу на аминогруппу или окислить первич­ную спиртовую группу до карбоксильной) и изменить конфигурацию одного или нескольких асимметрических центров. Поэтому нет никакого резона заново создавать углеродный скелет, размещать на нем многочисленные фун­кциональные группы и обеспечивать необходимые конфигурации асимметри­ческих центров, если большинство из этих задач уже решены Природой при биосинтезе, скажем, D-глюкозы. Поэтому генеральный путь синтеза моносаха­ридов обычно предполагает серию последовательных превращений, направлен­ных на трансформацию функциональных групп и изменение конфигурации асимметрических центров в молекулах исходных природных моносахаридов.

Рассмотрим для иллюстрации промышленный синтез аскорбиновой кис­лоты (139) из D-глюкозы (140) (схема 2.66). Каталитическое гидрирование 140 приводит к шестиатомному спирту — D-сорбиту (141). Сорбит подвергают да­лее микробиологическому окислению, в результате которого селективно вводится кетогруппа в положение 2. Образовавшийся изомер глюкозы, L-сорбозу (142), превращают в днизопролилиденовос производное 143, защищая тем самым все функциональные группы, кроме одной, первичной спиртовой при С-1 (бывшего С-6 исходной глюкозы). Эту группу далее окисляют до карбок­сильной, что дает защищенное производное 144. Удаление защитных групп кислотным гидролизом приводит к аскорбиновой кислоте (139а), которая са­мопроизвольно превращается в енольную форму лактона 139.

Как видно, в этом синтезе основные стадии представляют собой неизо-гнпсические трансформации функциональных групп — это одна реакция восстановления (получение 141) и две реакции окисления (получение 142 и 144). Изогипсические реакции постановки и снятия изопропилиденовой за­щиты, а также выбор столь необычного окисляющего агента, как Acetobacter suboxidans, предназначены для обеспечения селективности указанных транс­формирующих реакций полифункционального субстрата.

Олиго- и полихариды построены из остатков моносахаридов, соединен­ных через атом кислорода гликозидной связью. Поэтому ключевым момен­том синтеза таких систем является создание гликозидной связи между моносахаридными звеньями. Формальная схема сборки такой связи может быть проиллюстрирована образованием молекулы дисахарида лактозы (145,мо­лочный сахар) из моносахаридных предшественников — D-галактозы (146)и D-глюкозы (140)(схема 2.67).

Схема 2.67

 

Как видим, здесь также не требуется создания новой связи С-С, и задача состоит в трансформации функциональных групп: превращении голуаце-тального гидроксила галактозы в гликозид и спиртового гидроксила при С-4 в производное с галактозильным остовом. В общей органической химии это самые тривиальные превращения. Но это далеко не тривиальная задача, ког­да речь идет о гликозидной связи. Сгереоселективное образование такой связи представляет собой одну из центральных проблем химии углеводов, и многие сотни работ посвящены разработке методов эффективного решения этой проблемы (см., например, обсуждение в монографиях [21Ь]).

Аналогична ситуация в химии пептидов и белков: здесь также синтез стро­ится на сборке межмономерной (пептидной) связи между аминокислотами, используемыми в качестве доступных строительных блоков. Точно также и в химии третьего важнейшего класса биополимеров — нуклеиновых кислот — центральным вопросом синтеза является построение межмономерной фос-фодиэфирной связи, т. е. в чисто органохимических терминах «всего-навсе­го» трансформация спиртовых гидроксилов в эфиры фосфорной кислоты.

Из всего сказанного должно быть ясно, что трансформация функциональ­ных групп может играть решающую, а отнюдь не подсобную роль во многих синтезах. В определенных (и весьма немаловажных!) областях химии природ­ных соединений подобного рода превращение может представлять собой само­стоятельную проблему принципиального значения, решение которой требует наличия разнообразных и подчас очень изощренных методических разработок.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

ORGANIC SYNTHESIS... THE SCIENCE BEHIND THE ART...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Взаимопревращение функциональных групп как стратегический метод в полном синтезе.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
НАУКА И ИСКУССТВО   Перевод с английского профессора, д-ра хим. наук В. А. Смита и профессора, д-ра хим. наук А. Ф. Бочкова    

Редакция литературы по химии
ISBN5-03-003380-7 (русск.) ISBN 0-85404544-9 (англ.) © The Royal Society of Chemistty 1998 © Перевод на русский язык, оформление «Мир», 2001 © OCR сканированной кн

Цель однозначна и бесспорна
С древних времен человеку были известны чарующие цвета, которые прида­вали тканям природные красители, добываемые из различных растений и животных. Уже в XIII в. до н. э. финикийцы владели искусств

Цель однозначна, но не бесспорна
Однако важность того или иного направления в науке чаще всего не может быть оценена столь прямолинейно только по критерию немедленной полез­ности конкретных научных исследований. На протяжении всей

Синтез как поиск (цель бесспорна, но не однозначна).
  Синтез природных веществ, в том числе обладающих полезными свойствами, — это лишь одна, наиболее очевидная, но далеко не единственная задача ор­ганического синтеза. Как показывает в

Синтез как инструмент исследования
Во всех обсуждавшихся выше примерах синтез выполняет чисто препаратив­ную функцию, т.е. поставляет нужные вещества. В принципе для решения та­ких задач не имеет значения, каким именно путем было по

Строение соединений с их свойствами
Пожалуй, главная, наиболее фундаментальная задача не только органической химии, но и всей химической науки — это установление зависимости свойств вещества (физических, химических, биологических) ка

Создание новых структур, проблемных для органической химии
На протяжении всей истории органической химии в ней возникали и про­должают возникать проблемы теоретического характера, для решения кото­рых необходимо было изучить те или иные соединения с экзоти

Расширение круга известных органических соединений
Это — одна из традиционных и наиболее скромных сторон деятельности хи­миков-синтетиков. Скромных потому, что большинство таких синтезов носит весьма заурядный характер, и уже давно никого не удивля

Вводные замечания
  Название этой главы может создать впечатление, что мы собираемся рас­смотреть в ней все или хотя бы большинство методов, используемых в совре­менной синтетической практике. Надо сра

Возможность протекания органической реакции. Общие соображения
Во введении мы упоминали привлекательный, но абсолютно нереальный путь синтез уксусной кислоты из метана и углекислого газа (диоксида углерода): СН4 + СО2 → СН

Термодинамическая допустимость реакции
Ископаемое сырье, служащее в конечном счете основным исходным матери­алом для органического синтеза, образовалось в результате чрезвычайно длительных биогеохимических процессов. За это время оно ус

Термодинамический и кинетический контроль
Для того чтобы термодинамически допустимое превращение X → Y могло осуществиться, реагирующая система X (это может быть одно вещество или несколько компонент, словом, все участники процесса),

Органическая реакция и синтетический метод
  Термину «синтетический метод» трудно дать строгое определение, но не трудно описать смысл этого понятия. Идеальный синтетический метод мо­жет быть уподоблен оператору в математике,

Принципы сборки связи С-С. Гетеролитические реакции
  Основу типичной органической молекулы, ее углеродный скелет, составляет система непосредственно связанных друг с другом атомов углерода. Поэтому методы создания углерод-углеродных с

Органические ионы и факторы, определяющие их стабильность
  Высокая химическая активность карбокатионов и карбанионов связана прежде всего с силами кулоновского взаимодействия. Точечный заряд, сосре­доточенный на атоме углерода, создает элек

Электрофилы и нуклеофилы в реакциях образования связей С-С
Существование обширных классов органических реакций, которые могутбыть формально описаны в терминах ионных схем, но в которых реально участвуют ковалентные соединения, позволяет говорить об экви

Реакция Вюрца. Аллильное сочетание и родственные случаи
Выше мы уже обсуждали реакцию Вюрца как один из простейших случаев образования связи С—С. В этой реакции одна молекула алкилгалогенида вы­ступает в роли элекгрофила (эквивалента карбокатиона), в то

Карбонильные соединения как нуклеофилы и электрофилы
В определенном смысле карбонилсодержащий фрагмент С-С=О может рас­сматриваться как аналог аллилъной системы С—С=С. Однако в отличие от по­следней в карбонильных соединениях эффективная стабилизация

Карбометаллирование алкинов
Изложенные выше принципы проведения нуклеофильного присоединения по кратным связям как последовательности независимых стадий атаки нук­леофила и взаимодействия образующегося карбанионного интермеди

Ретросинтетический анализ ациклических целевых структур. Общие рекомендации.
Выше мы рассмотрели лишь некоторые наиболее типичные и часто упот­ребляемые методы сборки связей С-С и С=С. Эта выборка, несмотря на ее Неизбежную ограниченность, дает возможность сформулировать ря

Карбокатионные или карбанионные реагенты. О некоторых дополнительных возможностях проведения реакций образования связи С-С
Вначале разд. 2.2.3 мы не делали никаких принципиальных различий меж­ду карбокатионами и карбанионами, рассматривая и те, и другие в качестве равноправных партнеров в гетеролитичес

Взаимопревращения функциональных групп
  До сих пор мы рассматривали лишь те реакции, результатом которых является образование новой связи С—С, и почти ничего не говорили о возможно­сти переходов от одного типа органически

Изогипсические трансформации. Синтетическая эквивалентность функциональных групп одного уровня окисления.
Как мы уже могли убедиться, функциями, наиболее часто возникающими при сборке связи С—С, являются спиртовая (реакции Гриньяра, альдольная конденсация) и олефиновая (реакция Виттига, кротоновая конд

Неизогипсические трансформации как пути переходов между различными уровнями окисления
В этой группе наиболее значимыми для синтеза являются такие превраще­ния кислородсодержащих соединений, как окисление спиртов до карбо­нильных соединений или карбоновых кислот и обратные им превращ

Селективность обеспечивается выбором подходящей реакции
Наиболее простой пример такого подхода мы рассматривали на примере бро-мирования толуола (см. разд. 2.1.3). Действительно, в толуоле имеются две функциональные группы, способные легко реагировать с

Варьирование природы реагентов как способ управления селективностью реакции
Хорошо известно, что даже в пределах одной и той же реакции относительная реакционная способность родственных функций может ощутимо зависеть от конкретных особенностей используемого реагента. Поэто

Альтернативных реакционных центров субстрата
Классический пример такого подхода к решению проблемы — ацетоуксус-ный эфир (168).Его обычной реакционноспособной формой является 1енолят 169,реакции которого с ра

Защита функциональных групп как универсальный способ управления селективностью реакций
Во всех подходах к проблеме селективности, которые мы рассматривали вы-ше, «игра» строилась на вариациях, непосредственно затрагивающих участ-ников основного процесса: изменялись природа субстрата

Идеальный органический синтез: фантастика или достижимая цель?
  Пофантазируем немного на тему о том, каким бы хотелось видеть идеальный органический синтез (недалекого будущего?). Мы говорили о том, что синтез состоит в конструировании молекул.

Реагенты и синтетическая эквивалентность
Разумеется, аналогию между реагентом в синтезе и деталью какой-либо ме­ханической конструкции не следует понимать слишком буквально, хотя бы уже потому, что обычно реагент входитв собираемую структ

Понятие о синтонах
Обобщенное описание эквивалентности чрезвычайно полезно с сугубо праг­матических позиций планирования органического синтеза, поскольку с его учетом резко расширяется поле выбора реагентов, применим

Синтонный подход как инструмент в разработке путей синтеза
Введение в обиход синтонов как элементарных блоков-заготовок предо­ставляет химику систему готовых решений если не всех, то многих тактиче­ских задач. Современный синтетик при анализе структуры цел

Изоструктурные синтоны обратной полярности
Как видно, синтонный подход позволяет планировать синтез на основе гете-ролитическях реакций как сборку целевой молекулы из готовых «кубиков», порядок сцепления которых определяется противоположнос

Специфика задач при синтезе циклических соединений
  Вообще говоря, построение молекул, в состав которых входит замкнутая цепь углеродных атомов (цикл), требует решения уже знакомых нам задач образовния связей углерод-углерод. Почему

Малые циклы: производные циклопропана и циклобутана
В циклопропане валентные углы атомов, образующих цикл, равны 60', т. е. очень сильно отличаются от валентного угла тетраэдрического атома углеро­да (109,5°). Поэтому неудивительно, что энтальпия об

Пят- и шестичленные циклы
Благодаря минимальным искажениям валентных углов и минимальному напряжению, обусловленному взаимодействием несвязанных групп, пя­ти- и шестичленные циклы (как и ведущие к ним переходные состояния)

Циклы большего размера. Принципы макроциклизации. Эффекты многоцентровой координации
Число атомов в цикле (п) Относительная скорость(при 50˚С) 1,5 10е 1,7

Циклоприсоединение - методы, специально созданные для получения циклических структур
  Нетрудно заметить, что все ранее рассмотренные методы циклообразования имеют одну общую особенность: циклизация осуществляется как внутримо­лекулярная реакция замыкания единственной

Циклоприсоединение
Среди множества реакций, относящихся к этому классу, особое место занима­ет [4 + 2]-циклоприсоединение. Это — реакция Дильса—Альдера [2а], как пра­вило, не требующая катализа или иницирования облуч

Циклоприсоединение в синтезе производных циклобутана
[2 + 2)-Циклоприсоединенис относится к категории важнейших синтети­ческих методов, поскольку эта реакция позволяет получать различные производные циклобутана по схеме сборки из двух алкеновых фрагм

Синтез циклопропанов путем [2 + 1]-циклоприсоединения
Синтез трехчленных циклов по схеме циклоприсоединения должен, очевид­но, включать взаимодействие непредельного субстрата, например алкена, с каким-либо Срреагентом, выступающим в роли синтетическог

Селективность циклообразования в комплексах переходных металлов
Вспомним, каким трудоемким путем (с общим выходом 0,75%) был впервые получен циклооктатетраен (137,схема 2.65). Этот 10-стадийный синтез был впоследствии воспроизведен другими иссл

Радикальные реакции и их роль в синтезе циклических соединений
Как мы уже отмечали, большинство методов образования связей С—С в пол­ном синтезе основано на гетеролитических реакциях или на реакциях цикло­присоединения. Причины того, что гемолитические реакции

Расщепление связей С-С и перестройка углеродного скелета как синтетические методы
Выше мы обсудили основные типы реакций и методов, используемых для об­разования связей С-С углеродного скелета ацикличгских или циклических молекул. Этот набор должен быть дополнен еще группой мето

Расщепление одинарных связей С-С
  Пожалуй, наиболее известный и очевидный пример конструктивной роли «деструктивной» реакции — декарбоксилирование алкилированных произ­водных ацетоуксусного или малонового эфира. По

Синтетическое использование реакций расщепления двойной углерод-углеродной связи
  Созидательный потенциал реакций, приводящей к разрыву углерод-углерод­ных связей, еще более наглядно может быть продемонстрирован на примере окислительного расщепления олефинов. Сре

Перегруппировки углеродного скелета и некоторые возможности их использования в полном синтезе
Конструктивные и деструктивные реакции, которые мы до сих пор рассмат­ривали, отличаются тем общим свойством, что в них затрагиваются (разры­ваются или образуются) лишь связи тех атомов, которые не

Перегруппировка Кляйзена-Джонсона—Айрленда и гидрокси-перегруппировка Коупа
Как показано в общем виде на схеме 2.154, синтетический результат пере­группировки Кляйзена сводится к введению аллильного фрагмента по а-ато-му исходного карбонильного соединения через промежуточн

Трансформации малых циклов и их роль в полном синтезе
Как было показано выше, разработано множество методов, позволяющих по­лучать циклы различных размеров, в том числе входящие в состав полицикли­ческого скелета. Размер цикла, который может быть обра

Заключительные замечания
В данной главе мы, конечно, не имели возможности сколько-нибудь полно обсудить все те методы, которые составляют основу тактики современного органического синтеза. Однако мы надеемся, что даже на о

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги