В.П. Дядченко, И.В. Трушков, Г.П. Брусова - Синтетические методы органической химии (1125897)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛомоносоваХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТКАФЕДРА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИВ.П.Дядченко, И.В.Трушков, Г.П.БрусоваСИНТЕТИЧЕСКИЕМЕТОДЫОРГАНИЧЕСКОЙХИМИИЧАСТИ 1-2Москва2004ВступлениеОтсчет эры органического синтеза традиционно начинают с 1828 года, когда Ф.Велер впервыесинтезировал органическое вещество - мочевину из неорганического - цианата аммония.нагреваниев водномраствореNH4OCNNH2-C-NH2NH3 + HOCNOСлово «синтез» происходит от греческого “synthesis” − «процесс, приводящий к соединению».Со времени открытия Ф.Велера синтез органических соединений стал интенсивно развиваться.
Приэтом, естественно, быстро возросло число известных органических соединений и методов их синтеза:используются все новые и новые реагенты, необычные растворители и условия осуществленияхимической реакции и т.д. В последнее время разработаны и принципиально новые синтетическиеподходы, например, темплатный и матричный синтезы, тандемные и домино-реакции.В основе темплатного синтеза (от английского “template” − шаблон) лежит определеннаяструктурная организация реагирующих молекул, как правило, за счет комплексообразования с иономметалла или металлоорганическим соединением. Ниже приведен пример такого синтеза.2+ Zn Co(CO)4- 4 CO2OC Co ZnCOCo COCOБиснор-SТандемными называются реакции, в которых структурные особенности первоначальнообразующихсяпродуктоввусловияхреакцииблагоприятствуютпротеканиюдальнейшихпревращений.
Примером тандемной реакции является аннелирование по Робинсону.+OOROреакцияМихаэляOOROальдольнаяконденсацияOЧастным вариантом тандемной реакции является реакция «домино». В этой реакции на первойстадии в субстрате образуется функциональная группа, принимающая участие во второй стадии собразованием новой функциональной группы, принимающей участие в третьей стадии и т.д.2COOEtN+NNNCOOEtCOOEtNNCOOEtCOOEtCOOEtСейчас известно очень много синтетических методов органической химии. Подробный обзортаких методов имеется в нескольких многотомных изданиях, к которым мы рекомендуем обращаться,например:Houben-Weil, Methoden der Organischen Chemie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Bd I - Bd XVI,1952-1987 гг.; дополнения к томам: 1982-1999 гг.
(на немецком языке);Organic Reactions, v. 1 - v. 43, Wiley, New York, 1942-1994 (продолжающееся издание). Имеетсярусский перевод первых 14 томов: Органические реакции, ИЛ, М., сб. I-X, 1948-1963 гг.; Мир, М., сб.XI-XIV, 1965-1967 гг.;Реакции и методы исследования органических соединений, кн.1 - кн.12, Госхимиздат, 19511963 гг., кн.13 - кн.20, Химия, М., 1964-1969 гг.Однако ни эти, ни другие издания не могут включать в себя все многообразие органическихреакций, все используемые методы для осуществления того или иного превращения, все случаи,когда обычное превращение по какой-либо причине оказывается неприменимым для данногоконкретного соединения.
Найти оптимальные условия проведения данной конкретной реакции –искусство химика-органика. Но любое искусство базируется на знании основных методов и приемов:все современные музыканты начинали с изучения сольфеджио, равно как все великие шахматистыначинали с того, как ходит пешка. Обсуждению основных синтетических приемов, постоянноиспользуемых в лабораторной практике, и посвящено настоящее пособие.Вначале рассмотрим некоторые общие моменты, важные в практическом плане.Проведение химической реакцииСледует выделить несколько логических моментов в проведении синтеза:1) Подготовка исходных веществ и сборка аппаратуры.2) Приведение исходных веществ в контакт и контроль за ходом реакции.3) Выделение продукта реакции.34) Характеристика продукта реакции.Никогда не следует экономить время на подготовке исходных веществ.
Они, как правило,содержат примеси, которые следует удалить (перегонкой или перекристаллизацией). Так, альдегидысодержат примеси соответствующих карбоновых кислот, фенолы - продукты окисления, щелочи ицианиды - примеси карбонатов, сульфиты - примеси сульфатов. Реакционная способность некоторыхвеществ изменяется при хранении. Например, для синтеза ряда ртутьорганических соединенийприменима только свежеприготовленная окись ртути.Реакционная смесь должна быть, по возможности, более простой. Так, для сложноэфирнойконденсации этиловых эфиров не следует брать в качестве среды метанол, поскольку в этом случаепобочно будет протекать реакция переэтерификации; при использовании этанола состав смеси будетпроще.Точность отмеривания исходных веществ определяется точностью методов органическогосинтеза, которая не превышает 1%.
Поэтому бессмысленно определять вес исходного вещества как10.1425 г, равно как не следует в приведенном случае ограничиваться целым числом граммов. Надоуказать три значащих цифры. Указывать выход полученного соединения в процентах следует до двухзначащих цифр. Когда же приводится выход продукта 47.45%, это наводит на размышление оквалификации экспериментатора. Растворители и промывные жидкости отмеривают с болееумеренной точностью (обычно целое число миллилитров).Главное требование к аппаратуре - она должна быть инертной и не изменяться в ходе реакции.Следует помнить, что стекло неустойчиво к действию плавиковой кислоты и расплавленной щелочи.Хорошо изготовленные шлифы сами по себе обеспечивают достаточную герметичность.
Смазкаиспользуется не для их герметизации, а для того, чтобы шлифы не «заедали».Перед тем, как проводить синтез, его необходимо продумать в мелочах. Следует провести«мысленный эксперимент» во всех подробностях. Отсутствие в нужный момент стеклянной палочкиили листка фильтровальной бумаги может поставить под вопрос успех синтеза.Зачастую реакция протекает экзотермично. С другой стороны, локальный избытокприбавляемого реагента может изменить направление протекания реакции. В этих случаях длясмешения реагентов используют прибавление по каплям с помощью капельной воронки.Экзотермичные реакции, кроме того, требуют применения охлаждающей «бани».Если реакция включает несколько стадий, оптимально, чтобы она проводилась “in one pot”(дословно − «в одном горшке»), без выделения промежуточных продуктов.
Примером такой реакцииможет служить синтез ксантогенатов по Чугаеву, который можно проводить “in one pot”,последовательно прибавляя реагенты.4RCH2OH + NaHRCH2ONa+ H2SRCH2ONa + CS2RCH2OS NaSS+ CH3IRCH2ORCH2OS NaSCH3При проведении синтеза важным условием является запись всех наблюдений в лабораторныйжурнал. Здесь не следует надеяться на память. При воспроизведении синтеза очень важными могутстать обстоятельства, казавшиеся, на первый взгляд, мелочью.После окончания реакции следует один из самых ответственных моментов − выделениепродукта.
Чаще всего именно здесь происходят наибольшие потери вещества. В конце выделения, видеале, сумма масс всех фракций должна быть в точности равна сумме масс взятых веществ. Напрактике достичь этого удается редко. Если из реакционной смеси выделяют 90-95% от массы взятыхвеществ, опыт следует признать удавшимся. Во многих случаях (например, синтезы сиспользованием литий- и магнийорганических соединений, алюмогидрида лития и т.п.) передвыделением следует провести «гашение» реакционной смеси, т.е.
разложение избытка реагента.Среди методов выделения продуктов следует остановиться на следующих:Разгонка компонентов реакционной смеси. Простая перегонка эффективна в том случае, еслитемпература кипения разгоняемых веществ отличается на 60о и более. Вещества, отличающиеся потемпературе кипения менее чем на 40о, можно разделить только перегонкой на ректификационнойколонне. Не пытайтесь простой перегонкой с дефлегматором разделить вещества, температуракипения которых отличается на 10о и менее!Хроматография - это наиболее эффективный метод разделения веществ. В настоящее времяиспользуются колоночная (на Al2O3 и SiO2) и препаративная жидкостная хроматографии.Осаждение проводят добавлением жидкости, которая смешивается во всех отношениях срастворителем, но не растворяет продукт. В качестве примера можно привести выделение продуктареакции Манниха:OCH3CH3+CH2OH2O(CH3)2NH HCl5OCH3NMe2 HClПолученная солянокислая соль амина хорошо растворима в воде и нерастворима в ацетоне.Прибавление ацетона к реакционной смеси приводит к кристаллизации продукта.Высаливание.
В тех случаях, когда в результате реакции получается водный растворвещества, может помочь «высаливание» − добавление неорганической соли, растворимой в воде.Чаще всего используются хлорид натрия, карбонат калия и сульфат аммония. Насыщение водногораствора солью приводит к отделению слоя органического вещества. Нередко для высаливанияприменяют заранее приготовленный насыщенный раствор соли («brine»).Фильтрование. Это наиболее часто используемый в синтетической практике прием отделениятвердого продукта. При проведении фильтрования важно правильно подобрать фильтр, иначе онможет «забиться» и эта стадия станет мучительной.
Иногда лучше использовать центрифугирование.Простота фильтрования с отсасыванием породила распространенную сейчас методику синтеза наполимернойподложке.Дляего проведения используют сетчатый сополимер стирола идивинилбензола, который вначале подвергают хлорметилированию.PhPhPhPhPhPhPhPhCH3OCH2ClPhPhSnCl4ClCH2Хлорметильные группы, образующиеся при этом, называют «линкерами» (от английскогослова link − связь), то есть, группами, обеспечивающими связывание реагента.
Для удобства будемизображать такой хлорметилированный полимер следующим образом:CH2ClлинкерМетод синтеза на полимерной подложке нашел применение для создания полипептидныхцепей с заданной последовательностью аминокислотных остатков. Его принцип поясняет6приведенный ниже пример.
Примем следующее обозначение защитной трет-бутоксикарбонильнойгруппы.Me3C OC=BocOЗащищенную аминокислоту приводят в контакт с хлорметилированным полимером. При этомаминокислота связывается с полимерной подложкой. Далее защитную группу удаляют и добавляютследующий фрагмент будущей полипептидной цепи и т.д.OONHBocCH2Cl + HOEt3NNHBocCH2OR1R1OONH2CH2O+HOROR2R2HNCH2OR1NHBocOOR1операцииR2HNCH2OкаждойN C NNHBoc1ПослеHClONH-.........-COрастворNHBocRnреагентаотделяютотзеренполимерапростымфильтрованием. Обработка полученного полимера бромистым водородом и трифторуксуснойкислотой приводит к расщеплению сложного эфира и освобождению полипептида:7OR2HNCH2OR1OORnOCH2Br+HBr - CH3COOHNHBocN-.........-CHR2HNHOR1OONH2N-.........-CHRnЭтот метод, разработанный Р.Меррифилдом для синтеза пептидов, позволил автоматизироватьпроцесс и принес его автору Нобелевскую премию (1984 г.).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
