ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Органическая реакция и синтетический метод из "Органический синтез" Термину синтетический метод трудно дать строгое определение, но не трудно описать смысл этого понятия. Идеальный синтетический метод может быть уподоблен оператору в математике, черному ящику в кибернетике или преобразователю в радиотехнике — короче говоря, любой логической или технической структуре, которая безотказно производит над объектом некоторое однозначно определенное преобразование. Синтетический метод — некоторая более или менее стандартизированная последовательность операций, результатом которой является строго определенное преобразование структуры исходных соединений независимо от частных особенностей строения последних. Внутри этого черного ящика обязательно присутствует одна или несколько реакций, определенный набор реагентов, растворителей и катализаторов, те или иные процедуры выделения и т. д. [c.79] Разумеется, главный критерий ценности синтетического метода — это характер достигаемого с его помощью превращения. Это превращение должно быть целенаправленным и, как правило, вести от более доступных предшественников к менее доступным соединениям. Например, ароматические углеводороды — в целом доступные соединения, получаемые в больших количествах при переработке угля и нефти, и именно они используются в синтезе многих тысяч различных производных ароматического ряда. Основной реакцией во многих из этих синтезов является электрофильное ароматическое замещение (см. выше, например, ионное бромирование толуола или ацетилирование толуола по Фриделю—Крафтсу). Именно в силу этих причин реакции этого типа были исследованы подробнейшим образом и доведены до уровня синтетических методов почти 100%-ной надежности. [c.79] Каким же требованиям должна отвечать органическая реакция, чтобы служить основой хорошего синтетического метода Прежде всего, эта реакция должна быть общей, что подразумевает, что в нее может вступать не одно ка-кое-то соединение и даже не группа родственных соединений, а большинство или — в пределе — все возможные соединения, содержащие определенный элемент структуры — функционалыгую группу, способную к данной реакции. Иными словами, общность предполагает слабую зависимость хода реакции по этой функции от конкретных особенностей строения остальной части молекулы. Именно общность данной реакции позволяет с уверенностью предсказывать ее результат в применении к новым еще не изученным соединениям, а это та ситуация, которая чаще всего возникает при планировании и осуществлении многостадийных синтезов. Общность реакции позволяет нам пользоваться при ее схематическом описании символами типа К, ибо при этом делается молчаливое предположение о том, что содержание схемы не зависит от конкретной природы остатка, изображаемого таким символом. [c.80] Открытие новой реакции может явиться результатом счастливой находки или рационально направленного поиска, но так или иначе оно всегда первоначально охватывает очень ограниченное число примеров. Поэтому для оценки действительного значения этого открытия всегда требуется оценить общность и границы применимости реакции на возможно более разнообразном наборе примеров. Поясним сказанное на истории разработки такого хорошо известного метода построения циклических систем, каким является реакция Дильса—Альдера. [c.80] Сущность этой реакции заключается в образовании производных цикл о-гексена путем присоединения олефинов к сопряженным диенам (схема 2.7). [c.80] Зададимся вопросом, а почему, собственно говоря, перманганат калия растворим в воде, но совершенно нерастворим, например, в бензоле Причины этого различия хорошо известны при растворении в воде энергетические затраты на разрушение кристаллической структуры КМПО4 с лихвой перекрываются благодаря энергии сольватации ионов и МпО полярными молекулами воды, но ничего подобного не может происходить в среде такого малополярного растворителя, как бензол, поскольку молекулы последнего неспособны эффективно сольватировать ионы. Это противоречие удалось преодолеть, используя третий компонент — вещество, растворимое в бензоле и в то же время способное эффективно выполнять роль сольватной шубы для ионов. [c.82] Тот же прием, называемый межфазным катализом (или катализом фазового переноса), также эффективно используется для форсирования множества других реакций, требующих участия неорганических реагентов [2ё]. Помимо упомянутых краун-эфиров типа 17, существует еще ряд других типов соединений, также способных служить активными катализаторами фазового переноса (подробнее об этом см. разд. 4.2.2.). [c.83] Однако общность реакции — это, хотя и необходимая, но далеко не достаточная характеристика для оцегжи значимости реакции как синтетического метода. Классическая органическая химия, в том виде как она сложилась к 30—40 гг. XX в., насчитывала немало интереснейших и довольно общих реакций, которые при ближайшем рассмотрении оказывались совершенно неудовлетворительными как рабочие инструменты для синтеза. [c.83] По-видимому, это сочетание явилось первым примером органической реакции, приводящей к образованию новой углерод-углеродной связи, и синтетическая ценность его как метода могла показаться бесспорной. Действительно, во многих учебниках по органической химии, начиная с элементарных курсов, и сейчас о реакции Вюрца говорится как о стандартном методе синтеза углеводородов. На практике же эта реакция применяется лишь при решении довольно узкого круга задач, в частности для синтеза циклических производных (подробнее об этом см. разд. 2.6.2.1.). Основная причина подобной непопулярности состоит в том, что в своем классическом варианте сочетание по Вюрцу оказывается не очень эффективным как препаративный метод, если его попытаться применить для сочетания двух разных алкилиодидов, К —I и Я -1. Конечно, при этом будет образовываться требуемый продукт но лишь в смеси с продуктами симметричного сочетания и К тому же металлический натрий, применяемый в этой реакции в качестве конденсирующего реагента, настолько активен, что практически невозможно проводить эту конденсацию в тех случаях, когда субстрат содержит какие-либо дополнительные функциональные группы. В дальнейшем мы покажем, каким именно образом удалось избавиться от указанных осложнений, а пока ограничимся только простой констатацией того факта, что именно неизбирательность протекания реакции являлась на протяжении многих десятилетий главным препятствием для широкого использования классической реакции Вюрца как метода в органическом синтезе. [c.83] Способность алкенов присоединять такие реагенты, как вода, бром, органические и неорганические кислоты, спирты и т. п., давая при этом соответствующие адцукты (схема 2.9), была известна уже на раннем этапе развития органической химии. [c.84] Однако лишь немногие из показанных реакций оказались пригодными в классическом варианте их проведения в качестве методов синтеза целевых соединений, и здесь основным ограничивающим обстоятельством также явилась недостаточная чистота реакции. Действительно, даже в простейшем случае, например, гидратации этилена в присутствии серной кислоты, может образоваться помимо целевого продукта, этилового спирта, также диэтиловый эфир, диэтилсульфат и еще ряд продуктов (схема 2.10), и только при тщательной оптимизации условий реакции (кислотности среды, температуры, скорости подачи этилена, удаления продукта реакции и т. п.) можно обеспечить преимущественное образования одного из этих продуктов. Еще хуже обстоит дело в случае более сложных алкенов, так как при этом ход формально столь же простых реакций дополнительно осложняется возможностью образования продуктов присоединения как по правилу Марковникова (М-адцукт), так и против правила Марковникова (аМ-аддукт). [c.84] Конечно, в литературе можно найти немало примеров получения тех или иных соединений из показанных на схеме 2.10 типов, но в большинстве этих случаев (за исключением, пожалуй, бромирования) требовалась детальная отработка процедуры для каждого конкретного случая, и можно было лишь с очень большой осторожностью говорить о применимости этой методики для субстратов более сложного строения. [c.85] Для чистого присоединения элементов бромноватистой кислоты (Вг и НО ) не потребовалось столь радикальной замены — в современном варианте достаточно гладкое образование соответствующих бромгидринов может быть достигнуто при использовании К-бромсукцинимида (19) (как источника Вг+) в водной среде. [c.86] мы могли убедиться, что между реакциями, характеризующими свойства двойной связи как функциональной группы, и синтетическими методами, реализующими эти возможности, может действительно лежать дистанция огромного размера . [c.86] Несколько неопределенное понятие чистоты , которым мы выше пользовались, на самом деле представляет собой суммарную характеристику ряда независимых особенностей химического превращения. Среди них основными являются селективность реакции (этому важному аспекту далее будет посвящен разд. 2.4), отсутствие побочных реакций превращаемой функциональной группы и возможность проведения реакции в мягких условиях, которые исключают осложнения, связанные с наличием других функциональных групп в субстрате или лабильностью продукта реакции. Именно необходимость выполнения этих условий и является причиной того, что превращение, казалось бы, хорошо известной реакции в надежный синтетический метод обычно достигается ценой кропотливых и долгих поисков. Подобная работа может быть лишена внешних атрибутов новаторского творчества, однако в действительности только благодаря таким разработкам достигается реальное обогащение тактического арсенала органического синтеза. Поэтому справедливо считается, что заслуги создателей новых методов на основе даже известных реакций вполне соизмеримы с заслугами первооткрывателей этих реакций. [c.86] Первые попытки улучшить препаративную сторону реакции Вюрца базировались на расчленении суммарной реакции образования продукта сочетания на две, отдельно проводимые, стадии, а именно превращение одного из галогенопроизводных в натрийорганическое соединение (стадия 1) и взаимодействие последнего со вторым компонентом (стадия 2, схема 2.11). Однако натрийорганические производные недостаточно устойчивы, и, кроме того, уже в момент своего образоваьшя они способны реагировать с исход-1ГЫМ алкилгалогенидом, давая нежелательный продукт симметричного сочетания. [c.86] Ситуацию удалось несколько улучшить при использовании магнийорга-нических реагентов, но здесь на первый план выходит осложнение (общее и для Na- и для Mg-органических соединений) — возможность трансметалли-рования, как это показано на схеме 2.11. [c.87] Вернуться к основной статье