Захист альдегідної групи у синтезі. Розділ III
Альдегіди[скор. від новолат. al(cohol)dehyd(rogenatum) -алкоголь, позбавлений водню], орг. з'єдн., що містять альдегіднугрупу СНТ. За номенклатурою ІЮПАК назв. А. виробляють додатком до назв. відповідного вуглеводню суфікса "аль" або до назв. вуглеводню, що містить на один атом менше, суфікса "карб альдегід"; у першому випадку вуглець альдегідноїгрупи нумерується цифрою 1, у другому - альдегіднагрупа до нумерації ланцюга не включається. У поліфункціональних з'єдн. альдегіднагрупа позначається приставкою форм, напр. з'єдн. ОСНСН 2 СН (СНТ)СН 2 СНТ зв. 1,2,3-пропантрикарб альдегідабо 3-формілпентандіаль; деякі А. мають тривіальні назви (див. табл.).
ВЛАСТИВОСТІ Альдегідів
|
З'єднання |
Назва |
Т. кіп., 0 С |
|||
|
ІЮПАК тривіальне |
|||||
|
Метана ль |
форм альдегід, мурашиний А. |
||||
|
Ацет альдегід, оцтовий А. |
|||||
|
З 2 Н 5 СНТ |
Пропаналь |
Пропіоновий А. |
від -81 до -80 |
||
|
З 3 Н 7 СНТ |
Бутаналь |
Бутір альдегід, олійний А. |
|||
|
сн 2 = снсно |
Пропеналь |
Акролеїн, акриловий А. |
від -88 до -86.5 |
||
|
СН 3 СН=CHCHO |
2-Бутеналь |
Кротоновий А. |
від -77 до -76 |
||
|
З 6 Н 5 СНТ |
Бенз альдегід |
||||
В ІЧ-спектрах А. характеристич. смуги поглинання v С=про лежать в ділянці 1740-1720 см -1 (аліфатіч. А.), 1715-1695 см -1 (ароматич.), 1705-1685 см -1 ненасичені); V C _ H -B області 2880-2650 см -1. Хім. зрушення альдегідногопротона у спектрах ЯМР (1 Н)-в області 9,4-9,7 м.д. (Аліфатіч. А.) і 9,6-10,1 м.д. (Ароматич.). Характерний дублет у спектрах ЯМР (13 С), обумовлений групою 13 СНТ – в області 190-205 м.д. (на 5-10 м.д. у сильнішому полі, ніж зрушення 13 СО відповідних кетонів). Електронні спектри містять смуги з 290 нм для RCHO (R = CH 3 , C 2 H 5 , С 3 Н 7), 345 нм для акролеїну та 327 нм для кретонового А. (у всіх випадках 15-25); мас-спектри (RCHO)-піки, що відповідають іонам (НСО) + , (RCO) + та R + . Якщо А. мають атоми Н в положенні, то для лінійних з'єдн. характерні піки при т/е 44, а для розгалужених - при т/е 44 + 12і, де п - 1, 2, 3...
А. - одне з наиб. реакційноздатних класів орг. з'єднань. Нижчі А. легко полімеризуються. За ступенем окиснення А. займають проміж. становище між спиртами і карбоновими к-тами, чим багато чому визначаються їх св-ва. А. легко окислюються Про 2 повітря до к-т вжепри зберіганні (проміж. продукт - пероксикислота):
Відновлюються під дією Н 2 (кат.-Pt або Ni), а також донорами гідрид-іонів, напр. LiAlH 4 і NaBH 4 в первинні спирти. При відновленні ароматич. А. металами або електрохімічно виходять ліарилзаміщені гліколі. Диспропорціонують з утворенням спирту та к-ти: 2С 6 Н 5 СНТ + Н 2 О -> С 6 Н 5 СН 2 ВІН + З 6 Н 5 СООН (р-ція Канніццаро) або складного ефіру: 2RCHO -> RCOOCH 2 R (р-ція Тищенко). Відновлюються спиртами у присутності. алкоголю А1 (р-ція Меєрвейна-Понндорфа-Верлея): RCHO + (СН 3) 2 СНОНRCH 2 OH + (СH 3) 2 = О. Ароматич. А. вступають у бензоїнову конденсацію.
Внаслідок поляризації зв'язку А. здатні приєднувати по карбонільній групі нуклеофіли: воду, спирти, аміни та ін. Зазвичай А. значить. активніше в р-ціях із нуклеофілами, ніж кетони. наиб. легко реагує форм альдегід, який у водному розчині знаходиться переважно. у гідратованої формі. У спиртовому розчині А. утворюють послідовно напівацеталі та ацеталі: RCHO + R"OH -> RCH(OR")OH RCH(OR") 2 , при взаємодії з гідро-ксиламіном-оксими RCH=NOH, з гідразином-гідру -зони RCH=NNH 2 та азини, з первинними амінами-основи Шиффа (азометини) RCH=NR"; з вторинними амінами A. RCH 2 CHO дають єнаміни RCH=CHNR 2 . З СН 2 Про NH 3 в пром-сті отримують гексаметилентетрамін (уротропін). Освіта ацеталів та єнамінів використовується в синтезі як метод захисту альдегідноїгрупи; р-ція А. з NaHSO 3 приводить до кристаллич. аддуктам, - для виділення та очищення А.
Винятково важлива в орг. синтезі альдольна конденсація з утворенням гідрокси альдегідів. Останні легко відщеплюють воду, перетворюючись на позаграничні. альдегіди(кретонова конденсація):
У подібних р-ціях ароматич. А. з ангідридами карбонових к-т (р-ція Перкіна), а також аліфатич. та ароматич. А. з ефірами малонової к-ти (р-ція Кневенагеля) утворюються відповідно ненасичені кислоти або їх ефіри, наприклад: 
Конденсація А. з ефірами бурштинової к-ти призводить до алкіліденянтарним к-там (р-ція Штоббе), з амінокислотами - до азлактонів (р-ція Ерленмейєра - Плехля). нуклеоф. приєднання по карбонільній групі А. лежить в основі синтезу: спиртів - взаємод. А. з реактивами Гриньяра чи іншими металооргами. соед., і навіть з ацетиленом (р-ция Реппе): 2СН 2 Про + НССН -> НОСН 2 СССН 2 ОН; амінокарбонільних соед.-взаємод. А. або кетонів з СН 2 Про та амінами (р-ція Манніха): СН 3 СОСН 3 + СН 2 Про + (С 2 Н 5) 2 МН * НС1 -> СН 3 СОСН 2 СН 2 М(С 2 Н 5 ) 2 * НС1 + Н 2 О; олефінів - конденсацією А. з алкіліденфосфоранами (р-ція Віттіга): RCH 2 O + (З 6 Н 5) 3 -СН 2 -> RCH = CH 2 + (З 6 Н 5) 3 РО; гліцидних ефірів - р-цією А. з ефірами галогенкарбонових к-т (р-ція Дарзана):
Карбонільна група А. здатна брати участь також у р-ціях Анрі, Кіжнера - Вольфа, Лейкарта, Штреккера та ін А. (гл. обр. СН 2 Про) реагують як електроф. реагенти з олефінами, утворюючи 1,3-діоксани та 1,3-гліколі (р-ція Прінса), напр.: 
Електроф. заміщення в ароматич. ядрі під дією А. призводить до арилкарбінол. Р-ція СН 2 Про з фенолами лежить в основі виробництва феноло-формальд. смол.
При гомолітич. приєднанні А. до олефінів, що ініціюється пероксидами або Про 2 утворюються кетони, при фотохім. р-ції А. з олефінами - оксациклобутани (оксетани), напр.: 
А. декарбонілуються (кат.-Rh) з утворенням вуглеводнів.
До А. належать найважливіші моно-і олігосахариди - глюкоза, лактоза та ін. Містяться А. в ефірних оліяхнапр. цитраль - у лемонграсовій (до 80%) та коріандровій олії, цитронеллаль - у цитронелловій (~ 30%) та евкаліптовій, бенз альдегід- в олії гіркого мигдалю; плоди ванілі містять 1,5-3% ваніліну.
Дегідрування спиртів над Ag, Си чи монохромовими каталізаторами - наиб. загальний пром. метод виробництва А. (в осн. форм альдегідута А. складу З 5 і вище). Ацет альдегідвиробляють гол. обр. окисленням етилену, а також каталітич. гідратацією ацетилену (р-ція Кучерова), акролеїнокисленням пропілену, пропіоновий і масляний А. - гідроформілювання соотв. етилену та пропілену. А. синтезують в пром-сті каталітич. відновленням карбонових к-т (гл. обр. вищих) мурашиною к-тою, гідролізом дигалогенозаміщених вуглеводнів.
Препаративні методи отримання А.: окислення спиртів хроматами або кетонами в присутності. алкоголятів А1 (р-ція Оппенауера); озоноліз олефінів; відновлення разл. попр. карбонових к-т, напр. хлорангідридів-Н 2 у присутності. Pd (р-ція Розенмунда), нітрилів-гідридами металів з послід. гідролізом альдимінів, що утворюються і т.п.; взаємод. реактивів Гриньяра з ортомуравьиним ефіром; перегрупування аллілвінілових ефірів (перегрупування Клайзена); окислення 1,2-гліколей йодної к-тою або (СН 3 СОО) 4 Рb, а також р-ції Даффа, Нефа, Раймера-Тімана, Соммле, синтези Гаттермана та Гаттермана-Коха.
Для якостей. визначення А. зазвичай застосовують р-р AgNO 3 надлишку водного розчину NH 3 (утворення срібного дзеркала) або реактив Фелінг-лужний розчин, що містить CuSO 4 і сіль винної к-ти (виділення червоного осаду Сі 2 О). Ці реагенти не взаємодіють із кетонами.
А. застосовують для отримання спиртів (бутилових, 2-етилгексанолу, пентаеритриту та ін.), карбонових к-т та їх похідних (напр., оцтової, надоцтової, оцтового ангідриду, вінілацетату, ацетопропілацетату), полімерів, антиоксидантів, і . А., що містять 8-12 атомів С, запашні в-ва. наиб. обсяг світового виробництва А. (неск. млн. т/рік) припадає на альдегідиЗ 1 -З 4 .
А. дратують слизові оболонки очей та верхніх дихальних шляхів, шкідливо впливають на нервову систему. Зі збільшенням числа атомів вуглецю в молекулі подразнюючу дію слабшає. Ненасичені А. мають більш сильну подразнювальну дію, ніж насичені.
Див. також Акролеїн, Анісовий альдегід, Ацет альдегід, Бенз альдегід, Коричний альдегід. Олійний альдегід, пропіоновий альдегід, Саліциловий альдегід, форм альдегід та ін.
Літ.:Робертс Д.Д., КасеріоМ.К., Основи органічної хімії, пров. з англ., т. 2, М., 1978; Бюлер До., Пірсон Д., Органічні синтези, пров. з англ., ч. 2, М., 1973, с. 51-91; Бреттль Р., кн.: Загальна органічна хімія, пров. з англ., т. 2, М., 1982, с. 488-569; Kirk-Othmer encyclopedia. 3 ed, v. I, N. Y.-, 1978, p. 790-98. М.Г.Виноградов.
R-C-OR" + ROH: Н
При лужному гідролізі група (RO®), що йде, є-| ється дуже поганий, і реакція неможлива. Ця властивість - стійкість ацеталів в лужному середовищі - використовується, коли необхідно захистити карбонільну групу. Захист тієї чи іншої функціональної групи (в амінах, спиртах, Цфенолах, олефінах, меркаптанах, С-Н-кислотах та ін) - (дуже важливе завдання в органічному синтезі (розділ XXII). [Проілюструємо це на прикладі синтезу гліцеринового альдегіду з доступного акролеїну.
CH2=CH-Cf° + КМпО, Н
Дія перманганату калію безпосередньо на акролеїн призводить до окислення як ^С=СХ^, так і альдегідної групи: сн2-сн-с він він він
акролеїн гліцеринова кислотауО НС1.
Томунеобхідний захист альдегідної групи, чого можна досягти переведенням її в ацеталь, наприклад, дії-I етанолу в присутності хлороводню.
3-хлорпропаналь
СН2-СН2-С-ОС2Н5
1Д-діетокси-3-хяорпропан
Останній відразу приєднується до подвійного зв'язку одночасно з утворенням ацеталю. Ключовою стадією синтезується регенерація подвійний С=З зв'язку в результаті де-рохлорування лугом зі збереженням ацеталю, стійкого в лужному середовищі.
CH2-CH-Cr-OC2H5
OH OH H 1,1-діетокси-2,3-дигідроксипропан
Кислотний гідроліз ацеталю в м'яких умовдає необхідний гліцериновий альдегід:
Р°г^ Н3Ое УР
сн2-сн-счн? сн2-сн-он він ос2н5 він він н
2,3-дигідроксипропаналь, гліцериновий альдегід Через просторові труднощі кетони при взаємодії зі спиртами утворюють напівкеталі значно важче порівняно з альдегідами, що утворюють напівацеталі, особливо при об'ємних групах в кетоні або спирті.
Для захисту карбонільної групи зручно застосування гліколей, які утворюють циклічні ацеталі, наприклад:
^Про ц© ^о-сн2
сн3сн2сч- + сн2-сн2-Н-CH3-CH2-C I
Н ВІН ВІН Н 0 СНз
2-ЕТНЛ-1,3-діоксалан
Це важливо насамперед для кетонів, які не схильні утворювати кеталі при взаємодії із звичайними спиртами. Внутрішньомолекулярне утворення напівацеталів оксиальдегідами та оксикетонами характерне для вуглеводів, докладно про це див. у розділі XXIII.
Приєднання карбонових кислот. Альдегіди за аналогією зі спиртами можуть приєднувати карбонові кислоти (краще їх ангідриди), утворюючи ацилалі:
оцтовий альдегід оцтовий ангідрид етілідендіацетат
Полімеризація альдегідів. Нижчі альдегіди (фор-ьдегід, гірше - оцтовий альдегід) здатні до поліеризації, ініціатором якої зазвичай є вода.
Носн2-о-сн2-он + н-с
І т. д. - НО ^ СН2О ^ Н
Характер полімерних продуктів залежить від умов? Секції.
Вт У водних розчинах формальдегід утворює олігомер-ві лінійні полімери. При упарюванні такого розчину р утворюється твердий продукт, параформальдегід. містить від 8 до 100 оксиметиленових ланок. Вода, ініціюючи полімеризацію, одночасно різнить полімер, гідролізуючи його, тому у водних розчинах отримати високомолекулярний полімер неможливо, раформальдегід при нагріванні, особливо з кислотами, руйнується, перетворюючись на газоподібний формальдегід, | якщо це відбувається в закритому посудині - в триоксан "." пл. 64 "З, т. Кіп. 115 ° С).
тріоксан
но-|-сн2о--н -?- 9^у
параформальдегід
Заманлива ідея отримання високомолекулярного (л > 1000) полімеру з формальдегіду приваблювала багатьох відомих хіміків. Першим поліформальдегід описав ще А. М. Бутлеров у середині ХІХ століття. Друге народження полімер отримав завдяки роботам німецького хіміка Г. Штаудінгера, одного із засновників хімії полімерів, який виконав основні фундаментальні дослідженняпо синтезу та властивостям високомолекулярного поліформальдегіду, в тому числі і по хімічним методампідвищення його стабільності. Однак подолати величезні труднощі з інженерним втіленням синтезу та налагодити промисловий випуск та переробку високомолекулярного поліформальдегіду вдалося вперше лише 1959 року (фірма «Дюпон»).
В даний час поліформальдегід отримують у вигляді гомополімеру з кінцевими гідроксигрупами, перетвореними для запобігання деполімеризації в прості
або складні ефіри (делрин, тінак), або кополімеру формальдегіду з 2,5-3,0% окису етилену, 1,3-діоксолану
(I J) та ін. (Целкон, СФД, хостаформ) з молекулярною О
масою 40-120 тис.
CH3-C-O-J-CH2OJ-C-CH3
поліформальдегід (делрін, тенак)
Поліформальдегід, як прекрасний конструкційний матеріал, знаходить все ширше застосування в машині, приладобудуванні, для формування волокон.
79.3.1.3. Реакції з галогенцентрованими нуклеофілами
Галогенаніони є слабкими нуклеофілами (хороші групи, що йдуть), a HHal утворюють з альдегідами і кетонами, як зазначалося вище, нестійкі продукти приєднання
|
Т омський державний університет |
||
|
кафедра органічної хімії |
||
|
Альдегіди та кетони |
||
Альдегіди та кетони відрізняються наявністю карбонільної групи >С=О.
Карбонільна група поляризована по зв'язку С-О:
Альдегіди та кетони можна розглядати як похідні. алканів, у яких одна з мітильних (-СН 3) або метиленових груп ( -СН 2 - ) замінена на карбонільну групу:
Кетони мають як заступників при карбонільній групі два алкільних радикали, тоді як в альдегідах один заступник ь-алкільна група, інший-водень. Така відмінність призводить до істотних відмінностей у хімічних властивостях ( см. нижче).
Номенклатура
НоменклатураIUPAC
При найменуванні альдегідів і кетонів за правилами номенклатури ІЮПАК вибирається найдовший ланцюг вуглеців, що включає в себе карбонільну групу. Нумерація атомів вуглецю в цьому ланцюгу проводиться з того краю, куди ближче карбонільна група, а при формуванні назви до назви вуглеводню, відповідному числу атомів вуглецю в основному ланцюгу (1-метан, 2- етан, 3-пропан, 4-бутан, 5 – пентан і т.д.) додається закінчення -а ль (для альдегідів) або -він для кетонів.
Положення карбонільної групи у кетонів вказується через тире, якщо можливе існування кількох ізомерів. Положення карбонільної групи альдегідів не вказується цифрою, оскільки у всіх випадках вона опиняється під першим номером:
Раціональна номенклатура
Кетони часто називають за радикалами, з'єднаними через карбонільну групу, з додаванням слова кетон. Наприклад, гексанон-3 або метилетил кетон , ацетон або диметил кетон.
Альдегіди можуть бути названі як похідні етаналюабо оцтового альдегіду:
Інше назви е - триметилетаналь.
Хімічні властивостікарбонільних сполук
Всі реакції карбонільних сполук можна розділити на групи:
Реакції по карбонільній групі (приєднання)
Реакції по вуглецевому скелету
Реакції окиснення
Реакції відновлення
Реакції приєднання карбонільної групи (приєднання нуклеофільних реагентів)
1. приєднання води
Утворені гем-діолинестійкі і рівновага у цій реакції сильно зміщено вліво. Виняток становлять альдегіди та кетони з електроноакцепторними групами, наприклад, хлоральабо гексафторацетон, які у водному середовищі існують у вигляді гем-діолів:
2. приєднання бісульфіту
Приєднання йде через нуклеофільніший атом сірки, а не кисню, хоча на ньому і є негативний заряд. Утворюються похідні алкансульфокислот(солі алканоксисульфокислот).
Ті, що утворюються аддуктинерозчинні у насиченому розчині бісульфіту натрію або спиртах і випадають в осад у вигляді кристалів. Так можна відокремлювати карбонільні сполуки із суміші зі спиртами. Карбонільна сполука виділяється у вільному вигляді з аддуктапід час обробки його кислотою.
При реакції з кетонами бісульфіти приєднуються тільки до метилкетонів СН 3-СО-R.
3. приєднання ціанідів
Реакція каталізується ціаністим калієм або натрієм. Ті, що утворюються оксинітрили(або ціангідрини) можуть бути гідролізованідо оксикарбоновихкислот:
4. приєднання спиртів
При приєднанні першої молекули спирту утворюються напівацеталі. Реакція каталізується кислотами або основами:
Приєднання другої молекули спирту призводить до утворення ацеталей. Освіта ацеталейкаталізується тільки в кислому середовищі:
Ацеталістійкі в нейтральному та лужному середовищі, тому можуть бути використані для тимчасового захисту альдегідних груп. Ацеталішироко поширенів природі.
5. приєднання реактивів Гриньяра
Взаємодія металоорганічних сполук типу R-Mg-X(реактиви Гриньяра), де Х = галоген, з карбонільними групами (нуклеофільне приєднання по кратному зв'язку З=О):
Взаємодія з формальдегідом, альдегідами, кетонами і - призводить до первинних, вторинних та третинних спиртів, відповідно.
З кетонів виходять третинні спирти. Так, з метилетилкетону(Бутанон-2) виходить 2-метилбутанол-2. Альдегіди у подібній реакції дають вторинні спирти. З пропіоновогоальдегіду ( пропаналь) Виходить бутанол-2:
З формальдегіду утворюються первинні спирти. При взаємодії реактивів Гриньяраз галогенангідридамикарбонових кислот і складними ефірами утворюються третинні спирти, які мають два однакових алкільних заступника. При цьому витрачається два моля реактиву Гриньяра:
6. Приєднання аміаку та амінів
Первинні аміни приєднуються до альдегідів та кетонів з утвореннямімінів (підстав Шиффа :
Аналогічна реакція вторинних амінів з карбонільними сполуками дає єнаміни :
З карбонільними сполуками можуть вступати у взаємодію також гідразин та його похідні з утворенням гідразонів:
Гідроксиламіниприєднуються до альдегідів та кетонів з освітою альдоксиміві кетоксимів:
7. Альдольно-кротоноваконденсація
Конденсація може відбуватися як у кислому середовищі, так і в лужному.
конденсація, Що Каталізується кислотою
У конденсацію вступають енолі протонованакарбонільна група другої молекули сполуки:
Конденсація, що каталізується основою
Освіта інолят-іона, генеруючого
карбаніон, протікає за схемою:
Далі карбаніонприєднується до карбонільної групи другої молекули, причому протікає С-алкілування, на відміну від термодинамічноневигідного О- алкілування:
Той, хто утворюється альдегідоспірт (альдоль) легко втрачає воду в присутності каталітичних кількостей основ або кислот, а також при незначному нагріванні, з утворенням a ,b - ненасиченої карбонільної сполуки, цим завершується реакція конденсації (R ,Х= алкіл або Н):
Таким чином, у реакцію альдольн о- кротонової конденсації (у тому числі і самоконденсації) можуть вступати як альдегіди, так і кетони, що мають альфа-вуглецевіатоми водню. У разі кетонів положення рівноваги невигідне для утворення продуктів, проте, проводячи реакцію в особливих умовах(наприклад, виключаючи контакт продукту з каталізатором основного характеру) можна досягати суттєвих виходів. Перехресні реакції між альдегідами та кетонами не мають лабораторного застосування, оскільки утворюється важкороздільнасуміш з чотирьох продуктів та непрореагуваливихідних з'єднань. Найчастіше в синтетичних цілях проводять реакцію між двома карбонільними сполуками, одна з яких є джерелом карбаніонів ( метиленова компонента ), а інше служить карбонільною компонентою (не має альфа-вуглецевихатомів водню). Зазвичай у ролі карбонільної компоненти використовуються формальдегід, ароматичні альдегіди, ефіри вугільної, щавлевої та мурашиної кислот. Як метиленової компоненти застосовують у тому числі і С-Н кислотиі навіть похідні ацетиленових вуглеводнів з кінцевим потрійним зв'язком.
8. Реакція Канніццаро
Альдегіди, які не мають альфа-вуглецевихатомів водню при нагріванні із сильними основами вступають у реакцію окислення-відновлення, коли одна з молекул відновлюється до спирту за рахунок окислення другої молекули до карбонової кислоти. Такі реакції звуться реакції Канніццаро, і протікають за схемою:
Відомі і внутрішньомолекулярні реакції окиснення-відновлення:
C воєобразним різновидом внутрішньомолекулярного окислення-відновлення є Бензилова перегрупування :
Реакції по вуглецевому скелету альдегідів та кетонів
Реакції, що стосуються вуглецевого скелета, включають:
Кето-єнольна таутомерія альдегідів та кетонів;
Галогенування (галоформна реакція та заміщення a - вуглецевих атомів водню)
1. Кето-єнольна таутомерія
Карбонільні сполуки можуть співіснувати у двох формах - кетонної та енольної:
Перетворення альдегідів і кетонів на еноли (ненасичені спирти) протікає як мимоволі, так і з каталізом кислотами та основами. Енольні форми хоч і присутні в альдегідах і кетонах у незначних концентраціях, але роль у них реакційної здатностіграють суттєву. Через утворення єнолів йде ціла низка важливих реакцій альдегідів і кетонів. Розглянемо механізми переходу кетонних форм в енольні, що протікають при каталітичній дії кислот та основ.
Енолізація , що каталізується кислотою
Утворення єнолу може каталізуватися кислотою згідно з наведеною нижче схемою (R "= алкіл або Н):
Реакція починається з протонування атома кисню карбонільної групи і завершується відщепленням протону вже від альфа-вуглецевогоатома. Отже, формально протон грає роль каталізатора.
Енолізація , що каталізуєтьсяосновою
Освіта енолят-іона протікає за схемою:
В освіті єнолів при каталізі основами важливу рольграє кислотність альфа-вуглецевих атомів водню. Їхня підвищена кислотність пов'язана з близьким сусідством з карбонільною групою та її негативним індуктивним ефектом, що відтягує електрони зв'язку С-Ні таким чином, що полегшує відщеплення протона. Іншими словами, відщеплення протона полегшено тому, що карбаніон, що утворюється, стабілізований деколізацією негативного заряду на карбонільну групу.
До енолів, що утворилися, приєднуються галогени по кратному зв'язку С =С. Тільки на відміну від алкенів, де таке приєднання завершується повним зв'язуванням галогену, у альдегідів і кетонів приєднується лише один атом галогену (на сусідній із карбонільною групою вуглець). Другий атом галогену (на карбонільну групу) не приєднується, а реакція завершується відщепленням протону та регенерацією карбонільної групи:
У кислому середовищі реакція цьому і зупиняється. Заміщення другого атома водню на галоген немає. А ось у лужному середовищі відбувається швидка реакція заміщення другого, і ще швидше реакція заміщення третього атома вуглецю на галоген (збільшення числа атомів галогену при вуглеці різко посилює кислотність його водень):
Зрештою всі три атоми водню виявляються заміщені на галогени, після чого слід відщеплення угруповання СГ 3у вигляді аніону, з наступним негайним обміном протоном:
В результаті утворюється тригалогенметан, званий галоформом (іодоформ CHJ 3 , бромоформ CHBr 3 , хлороформ CHCl 3) та аніон карбонової кислоти. А сам процес називається галоформною реакцією. Галоформної реакції схильні до будь-яких метилкетонів. Галоформи випадають у вигляді забарвленого осаду (жовтий йодоформ), мають специфічний запах і можуть бути якісною реакцією на присутність метилкетонів. Галоформну реакцію дають також спирти, при окисненні яких можуть утворитися метилкетони (наприклад, ізопропанол). Окислення здійснюється надмірною кількістю галогену.
Окислення альдегідів та кетонів
Альдегіди легко окислюються до відповідних кислот:
Кетони окислюються насилу, у жорстких умовах. Окислення супроводжується розривом С-З зв'язку по сусідству з карбонільною групою. В результаті виходить набір продуктів окислення-карбонові кислоти з різною довжиною вуглецевого ланцюга:
Методи отримання
1. Окисленнямпервинних спиртів одержують альдегіди, а вторинні спирти дають кетони:
Окислення можна здійснювати «сухим» та «мокрим» методами. Перший полягає у пропусканні парів спирту через нагріту до 300-350 Зокис міді CuO. «Мокрим» методом називається окислення спиртів підкисленим розчином біхромату калію або натрію:
При окисленні «мокрим» методом альдегід, що утворюється, слід відганяти зі сфери реакції, в іншому випадку він легко окислюється далі, до карбонової кислоти:
2. Альдегіди та кетони виходять за гідролізі гем-дигалогеналканів
Спочатку відбувається заміщення двох атомів галогену на гідроксильні групи. Але нестійкі гем-діолишвидко перегруповуються в карбонільні сполуки з відщепленням молекули води:
3. Озоноліз
алкенів
призводить до утворення сумішей альдегідів та кетонів, залежно від будови вихідної. алкена:
На першому етапі озонування виходить озонид, при розкладанні якого водою утворюються карбонільні сполуки та перекис водню. Щоб перекис не спровокував подальше окислення альдегідів, у воду при розкладанні озонідів додають цинковий пил. Озонування алкенів має на меті не стільки синтез альдегідів і кетонів, скільки визначення місця положення кратного зв'язку:
4. Приєднання води до алкінів
Приєднання води до потрійного зв'язку в присутності солей ртуті призводить у разі ацетилену до оцтового альдегіду, а у разі заміщених ацетиленів-кетонів. Водаприєднується за правилом Марковникова:
5.1. Загальна характеристика
Споріднені класи альдегідів і кетонів містять функціональну карбонільну групу і відносяться до карбонільних сполук.Для них також використовується загальна назва оксосполуки,оскільки група = О називається оксогрупою.
Альдегідами називають сполуки, в яких карбонільна група пов'язана з органічним радикалом та атомом водню; кетонами – карбонільні сполуки з двома органічними радикалами.
Групу -СН=О, що входить до складу альдегідів, називають альдегідної,відповідно групу в кетонах - кетонної,або кетогрупою.
Залежно від природи органічних радикалів альдегіди та кетони можуть належати до аліфатичномуабо ароматичногоряду; кетони бувають змішаними(Табл. 5.1).
На відміну від спиртів у молекулах альдегідів та кетонів відсутні пов'язані з атомами кисню рухливі атоми водню. У зв'язку з цим альдегіди і кетони не асоційовані за рахунок утворення водневих зв'язків, але схильні до утворення водневих зв'язків з молекулами води і тому добре розчиняються в ній (особливо перші члени гомологічного ряду).
Таблиця 5.1.Альдегіди та кетони
5.2. Реакційні центри альдегідів та кетонів
sp 2 -Гібридизований атом вуглецю карбонільної групи утворює три σ-зв'язки, що лежать в одній площині, і π-зв'язок з атомом кисню за рахунок негібридизованої p-орбіталі. Внаслідок відмінності в електронегативності атомів вуглецю та кисню π-зв'язок між ними сильно поляризований (рис. 5.1).
У результаті атомі вуглецю карбонильной групи виникає частковий позитивний заряд δ+, але в атомі кисню - частковий негативний заряд δ-. Оскільки атом вуглецю електронодефіцитний, він є центром для нуклеофільної атаки.
Розподіл електронної щільності в молекулах альдегідів та кетонів з урахуванням передачі електронного впливу електроно-Мал. 5.1.
Електронна будова карбонільної групи
дефіцитного атома вуглецю карбонільної групи з σ-зв'язків представлено на схемі 5.1.Схема 5.1.
Реакційні центри в молекулі альдегідів та кетонів.
У молекулах альдегідів і кетонів є кілька реакційних центрів:
Електрофільний центр – атом вуглецю карбонільної групи – визначає можливість нуклеофільної атаки;
Основний центр – атом кисню – обумовлює можливість атаки протоном;
СН-кислотний центр, атом водню якого має слабку протонну рухливість і може, зокрема, піддаватися атаці сильною основою.
В цілому альдегіди і кетони мають високу реакційну здатність.
5.3. Нуклеофільне приєднання Для альдегідів та кетонів найбільш характерні реакції нуклеофільного приєднання..
A N Для альдегідів та кетонів найбільш характерні реакції нуклеофільного приєднання.
Загальний опис механізму нуклеофільного приєднання
Легкість нуклеофільної атаки по атому вуглецю карбонільної групи альдегіду або кетону залежить від величини часткового
позитивного заряду на атомі вуглецю, його просторової доступності та кислотно-основних властивостей середовища.
Просторова доступність карбонільного атома вуглецю зменшується при заміні водню більш об'ємними органічними радикалами, тому альдегіди більш реакційні, ніж кетони.
Загальна схема реакцій нуклеофільного приєднання Для альдегідів та кетонів найбільш характерні реакції нуклеофільного приєднання.до карбонільної групи включає нуклеофільну атаку по карбонильному атому вуглецю, за якою слідує приєднання електрофіла до атома кисню.
У кислому середовищі активність карбонільної групи зазвичай збільшується, оскільки внаслідок протонування атома кисню на атомі вуглецю виникає позитивний заряд. Кислотний каталіз використовують зазвичай тоді, коли атакуючий нуклеофіл має низьку активність.
За наведеним вище механізмом здійснюється ряд важливих реакцій альдегідів та кетонів.
Багато властиві альдегідам і кетонам реакції протікають за умов організму, ці реакції представлені у наступних розділах підручника. У цьому розділі будуть розглянуті найважливіші реакції альдегідів і кетонів, які в оглядовому вигляді наведені на схемі 5.2.
Приєднання спиртів. Спирти при взаємодії з альдегідами легко утворюють напівацеталі.Напівацеталі зазвичай не виділяють через їхню нестійкість. При надлишку спирту в кислому середовищі напівацеталі перетворюються на ацеталі.
Застосування кислотного каталізатора при перетворенні напівацеталю на ацеталь стає зрозумілим з наведеного нижче механізму реакції. Центральне місце в ньому займає утворення карбокатіону (I), стабілізованого за рахунок участі неподіленої пари електронів сусіднього атома кисню (+M-ефект групи С2Н5О).
Реакції утворення напівацеталів та ацеталів оборотні, тому ацеталі та напівацеталі легко гідролізуються надлишком води у кислому середовищі. У лужному середовищі напівацеталі стійкі, так як алкоксидіон є більш важкою групою, ніж гідроксид-іон.
Освіта ацеталей часто використовується як тимчасовий захист альдегідної групи.
Приєднання води. Приєднання води до карбонільної групи - гідратація- Оборотна реакція. Ступінь гідратації альдегіду або кетону у водному розчині залежить від будови субстрату.
Продукт гідратації, як правило, у вільному вигляді виділити за допомогою перегонки не вдається, оскільки він розкладається на вихідні компоненти. Формальдегід у водному розчині гідратований більш ніж на 99,9%, ацетальдегід приблизно наполовину, ацетон практично не гідратований.
Формальдегід (мурашиний альдегід) має здатність згортати білки. Його 40% водний розчин, званий формаліном,застосовується в медицині як дезинфікуючий засібта консервант анатомічних препаратів.
Трихлороцтовий альдегід (хлораль) гідратований повністю. Електроноакцепторна трихлорометильна група настільки стабілізує хлоральгідрат, що ця кристалічна речовина відщеплює воду тільки при перегонці в присутності дегідратуючих речовин - сірчаної кислоти та ін.
В основі фармакологічного ефекту хлоральгідрату СС1з СН(ОН)2 лежить специфічна дія на організм альдегідної групи, що зумовлює дезінфікуючі властивості. Атоми галогену посилюють її дію, а гідратація карбонільної групи знижує токсичність речовини загалом.
Приєднання амінів та їх похідних. Аміни та інші азотовмісні сполуки загальної формули NH 2 X (X = R, NHR) реагують з альдегідами та кетонами у дві стадії. Спочатку утворюються продукти нуклеофільного приєднання, які потім унаслідок нестійкості відщеплюють воду. У зв'язку з цим даний процесзагалом класифікують як реакцію приєднання-відщеплення.
У разі первинних амінів виходять заміщені іміни(їх називають також підставами Шіффа).
Іміни – проміжні продукти багатьох ферментативних процесів. Отримання імінів проходить через стадію утворення аміноспиртів, які бувають відносно стійкі, наприклад, при взаємодії формальдегіду з α-амінокислотами (див. 12.1.4).
Іміни є проміжними продуктами отримання амінів з альдегідів та кетонів шляхом відновлювального амінування.Цей загальний спосіб полягає у відновленні суміші карбонильного з'єднання з аміаком (або аміном). Процес протікає за схемою приєднання-відщеплення з утворенням іміну, який відновлюється в амін.
При взаємодії альдегідів та кетонів з похідними гідразину виходять гідразони.Цю реакцію можна використовувати для виділення альдегідів та кетонів із сумішей та їх хроматографічної ідентифікації.
Основи Шиффа та інші подібні сполуки легко гідролізуються водними розчинами мінеральних кислот із заснуванням вихідних продуктів.
У більшості випадків для реакцій альдегідів та кетонів з азотистими основами необхідний кислотний каталіз, який прискорює дегідратацію продукту приєднання. Однак якщо занадто підвищити кислотність середовища, то реакція сповільниться в результаті перетворення азотистої основи на нереакційну сполучену кислоту XNH 3+.
Реакція полімеризації. Ці реакції властиві переважно альдегідам. При нагріванні з мінеральними кислотами полімери альдегідів розпадаються вихідні продукти.
Утворення полімерів можна як результат нуклеофильної атаки атомом кисню однієї молекули альдегіду карбонильного атома вуглецю інший молекули. Так, при стоянні формаліну випадає у вигляді білого осаду полімер формальдегіду – параформ.
5.4. Реакції конденсації
Наявність СН-кислотного центру в молекулі альдегіду або кетону призводить до того, що α-атоми водню цих карбонільних сполук мають деяку протонну рухливість. Під дією основ такі протони можуть відщеплюватися з утворенням відповідних карбаніонів. Карбаніони відіграють роль нуклеофілів по відношенню до карбонільного субстрату. Це зумовлює можливість здійснення реакцій, в яких одна молекула як нуклеофіл приєднується до карбонільної групи іншої молекули нейтрального карбонільного з'єднання. Такі процеси належать до реакцій конденсації.
Конденсацією називають реакцію, що призводить до виникнення нового вуглець-вуглецевого зв'язку, причому з двох або кількох відносно простих молекул утворюється нова, складніша молекула.
Так, у лужному середовищі з двох молекул ацетальдегіду утворюється гідроксіальдегід з подвоєним числом атомів вуглецю.
Продукт реакції, що містить гідроксильну та альдегідну групи, називається альдолем(від слів альд егідта алкоголь), а сама реакція отримала назву альдольної конденсації,або альдольного приєднання.
Механізм альдольної конденсації. При дії основи в карбонільному з'єднанні відщеплюється протон з α-положення і утворюється карбаніон (I), в якому негативний заряд ділокалізований за участю карбонільної групи.
Аніон (I) є сильним нуклеофілом (на наступній стадії механізму він показаний кольором), який приєднується до другої (неіонізованої) молекули карбонільного з'єднання. Внаслідок такої взаємодії виникає нова зв'язок С-Ста утворюється проміжний алкоксид-іон (II). У водному середовищі цей аніон стабілізується, відщеплюючи протон від молекули води, і перетворюється на кінцевий продукт – альдоль.
Реакція альдольного приєднання показана на прикладі пропаналю (кольором виділено молекулу, що приєднується до групи С=Про іншу молекулу); аналогічна реакція наведена з прикладу ацетону.
Продукт конденсації – альдоль – здатний до відщеплення води з утворенням α,β-ненасиченої карбонільної сполуки. Зазвичай це відбувається за підвищеної температури. У цьому випадку реакція загалом називається кротонової конденсації.
Реакції конденсації можуть протікати і в змішаному варіанті, з використанням різних карбонільних сполук, причому одна з них може і не містити СН-кислотного центру, як, наприклад, формальдегід та бензальдегід у наступних реакціях:
Альдольна конденсація – оборотна реакція; зворотний процес називається альдольним розщепленням(або ретроальдольною реакцією). Обидві реакції відбуваються у багатьох біохімічних процесах.
5.5. Відновлення та окислення
Відновленняальдегідів і кетонів здійснюють за допомогою комплексних гідридів металів LiAlH 4 NaBH 4 . Реакція включає нуклеофільну атаку карбонільного атома вуглецю гідрид-іоном.
При подальшому гідролізі алкоголю, що утворився, виходить первинний або вторинний спирт.
Окисленняальдегідів у карбонові кислоти здійснюється під дією більшості окислювачів, включаючи кисень повітря. Кетони у м'яких умовах не окислюються.
Оксид срібла у вигляді аміачного комплексу 2 OH (реактив Толленса) окислює альдегіди у карбонові кислоти, при цьому виділяється металеве срібло. Звідси походить назва - реакція "срібного дзеркала".
Також легко альдегіди окислюються гідроксидом міді(II) у лужному середовищі.
Обидві ці реакції часто використовують як якісні для виявлення альдегідної групи, хоча вони неспецифічні по відношенню до альдегідів: окислення зазначеними реагентами піддаються, наприклад, багатоатомні феноли, амінофеноли, ароматичні аміни, гідроксикетони та інші сполуки, що легко окислюються.
Спецкурс "Стратегія органічного синтезу" призначений для студентів, які спеціалізуються на кафедрі органічної хімії Хімічного факультету МДУ. Курс є продовженням спецкурсу “Методи органічної хімії” та знайомить студентів з основними сучасними підходамидо планування багатостадійних синтезів В основу курсу покладено ретросинтетичний аналіз. Матеріал систематизовано за типами ретронів. Основна увага в курсі приділяється вирішенню завдань та розгляду описаних у літературі синтезів складних органічних сполук – переважно природних об'єктів (стероїди, простагландини, алкалоїди тощо).
I. Захисні групи у синтезі.
1. Захист С-Н-зв'язків в алкінах, її застосування в синтезах ді- та поліїнів (Глазер, Кадьо-Ходкевич). Синтези на основі 3-бромпропіолової кислоти.
2. Захист спиртової АЛЕ-групи. Захисні групи: бензильна, п-метоксибензильна, тритильна, ді(п-метокси)тритильна, триметилсилільна, трет-бутилдиметилсилільна, тетрагідропіранільна, 4-метокси-5, 6-дигідропіранільна, 3-бензоїлпропіонільна.
3. Захист АЛЕ-групи в гліколях: ізопропіліденовий, бензилиденовий, етилиденовий захисні групи. Циклічні карбонати.
4. Захист НО-групи у фенолах: метилові, трет-бутилові, тетрагідропіранілові, фенацетилові, триметилсилілові ефіри фенолів. Метилендіоксі-захисна група для двоатомних фенолів.
5. Захист карбонільної групи в альдегідах та кетонах: циклічні ацеталі та тіоацеталі. Селективний захист однієї з нерівноцінних карбонільних груп у молекулі.
6. Захист карбоксильної групи: бензилові та п-метоксибензилові ефіри.
7. Захист аміногрупи. Захисні групи: ацетильна, фталоїльна, сукциноїльна, бензилоксикарбонільна, трет-бутилоксикарбонільна (БОК). Застосування бензолсульфохлориду та бензальдегіду для захисту аміногрупи та її модифікації.
8. Захист тіольної групи (бензильний, п-метоксибензильний).
9. Поняття про фотовидалені захисні групи на прикладі 1-(2-нітрофеніл)е тандіолу-1, 2.
10. Умови введення та видалення захисних груп, стійкість їх до дії різних реагентів (кислот, основ, окислювачів, відновників та ін.). Стратегія використання захисних груп: принципи ортогональної стабільності та модульованої лабільності.
ІІ. Основні поняття ретросинтетичного аналізу.
1. Цільова молекула (ТМ), трансформ, синтон, ретрон. Типи трансформів: розчленування (D), зчленування (R), введення функціональної групи (FGA), заміна однієї функціональної групи на іншу (FGI), перегрупування (Rt). Ретрони часткові та повні. Відповідність синтонів та реагентів.
2. Ретросинтетичний аналіз як евристичний підхід до пошуку шляхів синтезу цієї сполуки. Два варіанти завдання: пошук шляху синтезу, коли вихідна речовина задано і коли відомо лише цільове з'єднання (ТМ). Поняття формалізованому підході до вибору розчленування (D) виходячи з різного старшинства зв'язків у молекулі (M. Smith).
Комп'ютерні програми, що дозволяють планувати синтез: SYNGEN, LHASA, MARSEIL/SOS, принцип їхньої роботи. Дерево синтезу з прикладу ретросинтетичного аналізу валеранона.
Боротьба з "арифметичним демоном"; синтез лінійний та конвергентний.
3. Зменшення молекулярної складності як основна стратегічна лінія ретросинтетичного аналізу. Принцип "малих укусів". Тактичні прийоми, які у плануванні синтезу: впізнавання доступних вихідних сполук у частинах молекули, облік симетрії, допоміжні ключі.
4. Основні етапи ретросинтетичного аналізу: перетворення функціональних групв кисневмісні (FGI); визначення типів ретронів, що одержуються в молекулі; вибір первинного розчленування; проведення необхідних розчленувань відповідно до типу ретрону; застосування тактики FGA.
5. Типи стратегій у ретросинтетичному аналізі. Стратегії, що базуються на трансформах, ретронах, на функціональних групах; топологічні та стереохімічні стратегії.
ІІІ. Ретрони, що передбачають розчленування двох зв'язків вуглець-гетероатом(X, Y-ретрони).
1. Біфункціональні ретрони на основі двох зв'язків вуглець-гетероатом: 1, 1- та 1, 2-ретрони, їх зведення до ацеталів, епоксидів та карбонільних сполук. Синтез тіолів з S – алкілтіуронієвих солей.
2. Розчленування 1, 3-X, Y - ретрона на базі приєднання до α, β-ненасичених карбонільних сполук і на базі малонового ефіру.
IV. Ретрони, що передбачають розчленування зв'язків вуглець-вуглець та вуглець-гетероатом.
Біфункціональні ретрони з одним зв'язком вуглець-гетероатом.
1. Розчленування 1, 1-ретрону на базі спиртів: реакції альдегідів, кетонів та складних ефірівз магній- та літійорганічними сполуками.
Аналіз кетонів: нітрили, хлорангідриди та солі карбонових кислот як реагенти, що відповідає синтону R(CO) + .
Ціанід-іон як реагент, що відповідає синтону HOOC - . Розчленування α - аміно - і α - гідроксикислот з урахуванням 1, 1- C, X - ретрона. Синтез - амінокислот з альдегідів (Штреккер).
2. Зведення 1, 2-ретрона до епоксидів. Аналіз карбонільних сполук на базі 1, 2-ретрона. Два випадки однозначного галогенування несиметричних кетонів. FGA: введення активуючої групи (COOEt або CH=O) до a -положення кетону для усунення неоднозначності при алкілюванні несиметричних кетонів. Малоновий ефір як реагент, що відповідає синтону EtOOC-CH 2 -.
3. Трансформ Міхаеля як основна тактика аналізу 1, 3-ретрона.
V. Ретрон Дільса-Альдера.
1. Реакція Дільса-Альдера як одна з "потужних реакцій" (- циклоприєднання) для створення шестичленного циклу. Дієн та дієнофіл. о-хінодіметани як дієни, їх отримання.
Типи реакції Дільса-Альдера: карбо-реакція, гетеро-реакція, 1, 4-циклоелімінування. Ретро-реакція.
Каталіз у реакції Дільса-Альдера.
2. Стереохімія реакції, ендо-правило. Регіоселективність циклоприєднання у разі несиметричних дієнів та дієнофілів. Регіоселективність гетеро-реакції. Енантіоселективний варіант реакції Дільса-Альдера.
3. Допоміжні ключі, що дозволяють виявити ретрон Дільса-Альдера: взаємне розташування замісників у шестичленному кільці, їх стерео-співвідношення.
4. a - Хлоракрилонітрил як синтетичний еквівалент кетена у реакції Дільса-Альдера. a - Нітроалкени як реагенти для синтезу циклогексиламінів.
VI. Біфункціональні ретрони, що передбачають розчленування одного зв'язку вуглець-вуглець (1, n-ретрони).
Розчленування С-З-зв'язку на основі біфункціональних сполук: 1, 2-, 1, 3-, 1, 4-, 1, 5- та 1, 6-ретрони.
1. Синтони, що виникають при розчленуванні 1, 2-біфункціонального ретрона: "логічний" (природний) та "нелогічний". Альтернування донорних та акцепторних атомів в аліфатичному ланцюгу (Д. Зеєбах).
Umpolung на прикладі бензоїнової конденсації, літієвих солей дитіанів, і a - літованих ефірів єнолів. Ацетиленід-іон як еквівалент ацил-аніону.
Зведення a - функціоналізованих карбонільних сполук до ацетиленів; a - аміно-, a - гідроксикислот і 1, 2-діолів - до ціангідринів. Зведення a – функціоналізованих спиртів до алкенів. Зведення ацетиленів до 1, 2-ретрона (окислення дигідразонів та дезоксигенування a - дикарбонільних сполук).
Аналіз 1, 2-ретрона з урахуванням відновного поєднання кетонів: пінаконовая конденсація і конденсація під впливом сполук Ti (3+) (Мак-Мурри, Мукаяма).
2. 1, 3-ретрон на базі дикарбонільних і b - гідроксикарбонільних сполук. Конденсація за Клайзеном, альдольно-кротонова конденсація, реакції Манніха та Реформатського як тактичні прийоми, що дозволяють проводити розчленування 1, 3-ретрона. Синтези на основі g – бутиролактону. Конденсації несиметричних кетонів, що проходять однозначно (переважне утворення одного з продуктів за рахунок дегідратації або утворення стабілізованого аніону). Синтез 3- та 4-заміщених циклічних сполучених інонів з 4-заміщених анізолів (Берч) та 1,3-циклогександіону.
3. Зведення 1, 4-ретрона до 1, 4-дикарбонільних сполук. Застосування a - галокарбонільних сполук та нітроалканів (синтез кетонів по Нефу та Мак-Муррі). Синтез хлорметилкетонів із хлорангідридів кислот та діазометану (Кліббенс-Ніренштайн) та бромметилкетонів із діазокетонів.
Використання трансформу зчленування (R) при аналізі 1, 4-біфункціональних сполук: зчленування з утворенням подвійного C = C-зв'язку. 1, 4-Функціоналізація на базі галогенопохідних алільного та пропаргільного типу.
Трансформ Штеттера (приєднання альдегідів до α, β-ненасичених карбонільних сполук) як одна з тактик аналізу 1, 4-ретрона на базі Umpolung.
4. Реакція Міхаеля як основний шлях розчленування 1,5-ретрона на базі 1,5-дикарбонільних сполук. Стереоконтроль у реакції Міхаеля. Зведення ретрону Робінсона до 1,5-дикарбонільних сполук. Синтез циклічних b – дикетонів.
5. Аналіз 1, 6-ретрона. Зчленування, що веде до ретрону Дільса-Альдера як основна тактика аналізу 1, 6-біфункціональних сполук. Зчленування у поєднанні з трансформом Байєра-Віллігера.
6. Синтези на основі – сигматропних перегрупувань. Перегрупування аллілових ефірів єнолів (Клайзен-Коуп) та фенолів (Клайзен). Синтез евгенолу. Перегрупування 1, 5-дієн (Коуп), аліл-вінілкарбінолів (окси-перегрупування Коупа) і складних ефірів аллілових спиртів (Керрол).
7. Синтези на основі перегрупувань діазокетонів (Арндт-Ейстерт, Вольф), a – галокетонів (Фаворський), пінаколінової. Перегрупування епоксидів у альдегіди.
VII. Підходи до створення циклічних структур.
Кінетичні та термодинамічні фактори, що сприяють реакціям циклізації. Правила Болдуїна, що регламентують процеси циклізації. Розчленування циклів із стратегічних зв'язків.
1. Розчленування тричленних аліциклів на базі діазоалканів, абодів сірки та реакції Сіммонса-Сміта. Внутрішньомолекулярне аннелювання з утворенням тричленного циклу.
2. Розчленування чотиричленних аліциклів на базі циклізації a, a" - дигалоефірів дикарбонових кислот та ацилоїнової конденсації.
Фотохімічне та термічне – циклоприєднання. Регіоселективність цих реакцій, нуклеофільний та електрофільний кінці подвійного зв'язку.
Створення чотиричленних аліциклів на базі епоксидів (спіро-анельування абодами сірки з наступним перегрупуванням епоксиду).
3. Зведення п'ятичленних аліциклів до 1, 4-, 1, 5- та 1, 6-дикарбонільних сполук. Синтези з урахуванням перегрупування дієнонів в циклопентеноны (Назаров).
4. Аналіз 6-членних аліциклів на базі анелування за Робінсоном, реакції Дільса-Альдера та відновлення ароматичних сполук (у тому числі – по Берчу).
Застосування аліліден-трифенілфосфоранів для створення 6-членних аліциклів.
5. Освіта 5- та 6-членних насичених гетероциклів комбінацією приєднання по Міхаелю та конденсації Клайзена. 1, 3-диполярне циклоприєднання діазометану та нітронів як метод створення 5-членних гетероциклів з двома гетероатомами. Синтез нітронів з урахуванням N -окисей амінів (Коуп).
6. Синтез поліциклічних структур на прикладі ювабіону, булльвалену та попередників стероїдів. Конвергентні схеми створення циклів на прикладах синтезу феругінолу, a - бісаболену та триспорової кислоти.
VIII. Приклади синтезу природних та споріднених сполук.
Аскорбінова кислота (вітамін С), біотин, b- транс-бергамотен, гельмінтоспораль, (+)- гербоксидієн, кокцинеллін, лейкотрієн А 1, луцидулін, метиленоміцин А, мультистріатин, пенталенен, пенталенолактон, простагландини F2 a і E2, сиренін, (±) спартеїн, (+)- спарте , Е, Е-фарнезол, напівсинтетичні пеніциліни, цедрен, цедрол, естрон.
Рекомендована література.
1. К. Бюлер, Д. Пірсон, Органічні синтези, ч. 1 та 2, М., Світ, 1973.
2. R. K. Mackie, D. M. Smith, R. A. Aitken, Guidebook до Organic Synthesis, 3 rd Ed., Prentice Hall, Harlow, England, 1999.
3. H. O. House, Modern Synthetic Reactions, W. A. Benjamin, New York, 1965; 2 nd Ed., Benjamin, Menlo Park, CA, 1972.
4. Michael B. Smith, Organic Synthesis/McGrow-Hill, Inc., N.-Y., 1994; 2 nd Ed., McGraw-Hill, New-York, 2002.
5. Захисні групи в органічній хімії, ред. Дж. Макомі, М., Світ, 1976.
6. T. W. Green, P. G. M. Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, 2nd Ed., Wiley, New-York., 1991; P. G. M. Wuts, T. W. Green, Protective Groups в Organic Synthesis, 3 rd Ed., Wiley, New-York, 1999.
7. S. Warren, Organic Synthesis: The Disconnection Approach / Wiley, Chichester, 1983.
8. S. Warren, Workbook для Organic Synthesis: The Disconnection Approach / Wiley, Chichester, 1982.
9. E. J. Corey, X. Cheng, Logic of Chemical Synthesis / Wiley, N. -Y., 1989.
10. T. - L. Ho, Tactics of Organic Synthesis / Wiley, N. -Y., 1994.
11. I. Fleming, Frontier Orbitals та Organic Chemical Reactions, Wiley, London, 1976.
Програму складено
доц. Дядченко В. П.
