Понятие о синтонах - раздел Образование, ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ Обобщенное Описание Эквивалентности Чрезвычайно Полезно С Сугубо Прагматичес...
Обобщенное описание эквивалентности чрезвычайно полезно с сугубо прагматических позиций планирования органического синтеза, поскольку с его учетом резко расширяется поле выбора реагентов, применимых для осуществления требуемого превращения. Еще более высокому уровню обобщения отвечает понятие «синтон», введенное в обиход Кори [27а]. Не существует строгого определения этого термина. Его нет даже в глоссарии классической монографии Кори и Ченга «Logic of Chemical Synthesis» [27b]. Пожалуй, по смыслу лучше всего подходит определение, даваемое в книге Марча [27с): «синтон определяется как структурная единица молекулы, которая может быть введена или создана в результате известной или возможной синтетической операции». Содержание, вкладываемое в это понятие, часто носит несколько абстрактный характер, поскольку этим словом нередко обозначают фиктивные, заведомо не способные существовать (иными словами, виртуальные) частицы, такие, например, как +С0ОН или 2~СО. Поэтому каждому синтону должны быть поставлены в соответствие определенные реагенты — реально существующие, достаточно доступные соединения, обеспечивающие возможность введения в строющуюся молекулу данного фрагмента. Сами реагенты нередко в обиходной речи также называют синтонами, что, вообще говоря, просто неверно, уже хотя бы потому, что при этом нивелируется различие между абстрактным понятием и его материальным воплощением, а термин «синтон» прибретает просто оценочный смысл («ну очень хороший синтетический реагент!»). На самом же деле этот термин не является просто еще одним из современных модных словечек, а отражает определенный способ анализа синтетических проблем, основанного на предельно обобщенном описании результатов синтетических операций и ориентированного на поиск общих решений тех или иных задач.
В действительности содержание и смысл термина «синтон» проще всего пояснить путем анализа живых примеров, ане с помощью сухих дефиниций.
Синтон -СООН. Сочетание такого синтона с каким-либо электрофилом описывается общей схемой:
Е+ + ‑СООН → Е-СООН
Очевидно, что частица -СООН не может существовать, как таковая, но тем не менее, превращения, описываемые этим уравнением, известны в органической химии уже более ста лет. Простой и хорошо известный реагент, цианид-ион, служит эквивалентом этого синтона во множестве реакций с электрофилами. Естественно, что непосредственным продуктом этого взаимодействия являются соответствующие нитрилы, но их гидролиз обычно не составляет проблемы, как, например, в следующей последовательности реакций:
Синтон +СООН. Этой явно не существующей частице отвечает тривиальный реагент СО2, использование которого в качестве электрофила в реакциях с металлоорганическими нуклеофилами приводит к солям карбоно-вых кислот (см. разд. 2.1.4).
С2-сннтоны на основе ацетилена. Как известно, ацетилен, благодаря кислотному характеру протонов, способен давать соли (ацетилениды) под действием сильных оснований. Моноацетилениды НС^С~М* (М = металл) в реакциях с электрофилами (Е1) образуют монозамещснные производные ацетилена HCsC-E1. Последние, в свою очередь, также способны давать ацетилениды, реакции которых с другими электрофилами (Е2) будут приводить к соединениям типа Е2-СаС-Е'. Следовательно, ацетилен может рассматриваться как реагент, эквивалентный и синтону НС=О, и синтону "С=О. Далее, если учесть возможности трансформаций ацетиленового фрагмента (например, гидрирование до алкенов или алканов, гидратацию по Кучерову, а также и ряд других реакций присоединения), то становится очевидной эквивалентность ацетилена синтонам -C2 и 2-С2 как насыщенным, так и с самой разнообразной функциональностью С2- фрагмента.
Дополнительный аспект синтонного использования ацетилена появился благодаря разработке методов карбометаллирования тройной связи (схема 2.96).
Схема 2.96
Как видно из этой схемы, суммарный вклад ацетилена в показанную последовательность превращений соответствует введению биполярного синтона 233 между фрагментами электрофила и нуклеофила. Примеры высокоэффективного использования ацетилена в качестве такого биполярного синтона мы уже рассматривали выше (разд. 2.2.3.4).
С4-синтоны на основе метилвинилкетона. Метилвинилкетон традиционно использовался в реакциях Михаэля в качестве реагента, эквивалентного синтону +СН2СН2СОСН3 для сочетания с нуклеофилами различной природы в соответствии с обшей схемой:
Однако разработка методов проведения этой реакции в апротонных средах с «перехватом» промежуточно образующегося карбаниона внешним электофилом, позволила использовать метилвинилкетон как эквивалент 1,2-биполярного синтона +СН2СНСОСН3, в сочетаниях типа:
В хорошо известном аннелировании по Робинсону (см. разд. 2.2.3.3) метилвинилкетон играет роль также биполярного, но 1,4-синтона +CH2CH2COCH2. Отметим, что, хотя термина «синтон» не было даже в помине во времена разработки этого замечательного синтетического метода (1936-37 гг.), по сути дела в исследованиях Робинсона впервые была показана перспективность использования в синтезе унифицированных полифункциональных строительных блоков, что, конечно, вполне соответствует современной идеологии синтонного подхода.
С2-, С3-, и С4-синтоны на основе ацетоуксусного эфира. Ацетоуксусный эфир введен в практику органической химии лет за сто до появления термина «синтон». Это, однако, не мешало химикам широко использовать ацето- уксусный эфир во всех тех синтезах, где требовалось получать производные типа Е-СН2СОСН3 или E-CH2COOR по схеме, которая в современных терминах может быть описана как сочетание С3-синтона ~СН2СОСН3 или С2-синтона -CHjCOOR соответственно с каким-либо электрофилом Е+. Это классическое направление синтетического применения ацетоуксусного эфира удалось в дальнейшем существенно дополнить благодаря разработке путей генерации бис-аниона из этого соединения (см. разд. 2.4.4), что позволило использовать этот же реагент в качестве эквивалента и более сложных синтонов, представленных на схеме 2.97*.
Схема 2.97
Однако показанным разнообразием вовсе не исчерпывается синтетический потенциал «старого доброго» ацетоуксусного эфира. Дополнительные и очень интересные возможности представлены последовательностью реакций, которая была разработана как метод стереоселективного синтеза гераниола 234 (схема 2.98).
Схема 2.98
На начальной стадии этой схемы [27d] проводится алкилирование уже известного бис-аниона 234а, непосредственным результатом которого является образование моно-аниона 234Ь. Последний далее ацетилируюг, что приводит к образованию О-ацилированного енолята234с. Реакция этого производного с диметиллитийкупратом протекает как присоединение по Михаэлю к a,b-сопряженной системе, сопровождаемое элиминированием ацетокси-группы и образованием эфира 235. Суммарный результат этого превращения, если его описывать в синтонных терминах, соответствует сочетанию «странного» биполярного С4-синтона 235а (эквивалентом которого и послужил ацетоуксусный эфир) с Cs электрофильнъш и С:нуклеофильным синто-нами (см. схему 2.98).
Таким образом, синтон — очень емкое понятие, в которое включены и природа реагента, и определенные синтетические методы, и представления о трансформирующих реакциях, позволяющих производить необходимые преобразования с участием вводимого в молекулу фрагмента. Понятию «синтон» придается также определенный оценочный смысл. Чтобы частица была «удостоена» такого названия, она должна отвечать определенным требованиям синтетической значимости. Эти требования можно описать (именно описать, а не определить) следующим образом. Прежде всего от хорошего синтона требуется, чтобы с его помощью можно было достраивать углеродный скелет молекулы на достаточно крупный и часто встречающийся в органических соединениях фрагмент. Далее, синтон должен содержать — в явном или скрытом виде — функциональную группу (или группы), допускающую преобразования трансформационного характера и/или участие введенного фрагмента в последующих стадиях синтетической схемы. Так, например, синтон в аннелировании по Робинсону, в роли которого чаще всего используется метилвинилкетон, содержит не только четыре атома углерода, требумые для построения нового шестичленного цикла, но и карбонильную функцию, обеспечивающую возможность проведения цик-лизции.
Ясно, что реакции, с помощью которых в молекулу может вводиться данный синтон, должны отвечать требованиям хорошо разработанного метода. Очень полезно, если одному и тому же синтону соответствует несколько различных по природе реагентов. Так, например, к числу «хороших» синтонов определенно можно отнести С6Н5-, которому соответствует и сам бензол (в реакциях Фриделя—Крафтса), и фенилмагнийбромид, и фе-ниллитий, и фенилтриметилсилан. Разнообразие реагентов, отвечающих этому карбанионному синтону, позволяет использовать для сочетания с ним не только большой набор различных типов электрофилов, но и достаточно многообразные синтетические методы для проведения такого сочетания. Благодаря этому обеспечивается значительная гибкость в выборе реальных путей введения такой группировки в молекулу и тем самым достаточная унверсальноетъ применимости этого синтона. Уместно отметить, что сказанное особенно важно по отношению к упомянутому синтону C6H5-, поскольку спектр задач, решаемых посредством введения этого фрагмента, необычайно широк и охватывает далеко не только область химии ароматических производных (достаточно вспомнить, например, о таких дополнительных возможностях, как частичное или полное восстановления бензольного цикла).
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:
Понятие о синтонах
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
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
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
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
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
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
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
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)
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
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 одинарных связей С-С
Пожалуй, наиболее известный и очевидный пример конструктивной роли «деструктивной» реакции — декарбоксилирование алкилированных производных ацетоуксусного или малонового эфира. По
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?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Схема 2.96
Схема 2.97
Схема 2.98
Новости и инфо для студентов