- •Органический синтез
- •Издание выпущено в свет при участии Института органической химии им. Н.Д. Зелинского Редакция литературы по химии
- •Глава 1
- •1.1. Цель однозначна и бесспорна
- •1.2. Цель однозначна, но не бесспорна
- •1.3. Синтез как поиск (цель бесспорна, но не однозначна).
- •1.4. Синтез как инструмент исследования
- •1.5. «Химия создает свой предмет...»
- •1.5.1. Выяснение закономерностей, связывающих
- •1.5.2. Создание новых структур, проблемных для органической химии
- •1.5.3. Расширение круга известных органических соединений
- •Глава 2
- •2.1. Каким образом может быть достигнуто требуемое превращение
- •2.1.1. Возможность протекания органической реакции. Общие соображения
- •2.1.2. Термодинамическая допустимость реакции
- •2.1.3. Наличие канала реакции.
- •2.1.4. Органическая реакция и синтетический метод
- •2.2. Образование связи с-с: ключевая тактическая проблема органического синтеза
- •2.2.1. Принципы сборки связи с-с. Гетеролитические реакции
- •2.2.2. Органические ионы и факторы, определяющие их стабильность
- •2.2.3. Электрофилы и нуклеофилы в реакциях образования связей с-с
- •2.2.3.1, Реакция Вюрца. Аллильное сочетание и родственные случаи
- •2.2.3.2. Карбонильные соединения как нуклеофилы и электрофилы
- •2.2.3.3. Сопряженное присоединение к аф-непределъным карбонильным соединениям. Аннелирование по Робинсону и присоединение по Михаэлю с независимой вариацией аддендов
- •2.2.3.4. Карбометаллирование алкинов
- •2.2.3.5. Ретросинтетический анализ ациклических целевых структур. Общие рекомендации.
- •Простая связь с—с в отсутствие близко расположенных функциональных групп.
- •Простая связь с-с в системе, содержащей два кислородных заместителя в положении 1,3.
- •Простая связь с-с в системе, содержащей два кислородных заместителя в положении 1,5.
- •2.2.3.6. Карбокатионные или карбанионные реагенты. О некоторых дополнительных возможностях проведения реакций образования связи с-с
- •2.3 Взаимопревращения функциональных групп
- •2.3.1. Уровень окисления углеродного центра и
- •2.3.2. Изогипсические трансформации. Синтетическая эквивалентность функциональных групп одного уровня окисления.
- •2.3.3. Неизогипсические трансформации как пути переходов между различными уровнями окисления
- •2.3.4. Взаимопревращение функциональных групп как стратегический метод в полном синтезе.
- •2.4. Как управлять селективностью органических реакций
- •2.4.1. Классификация проблем селективности
- •2.4.2 Селективность обеспечивается выбором подходящей реакции
- •2.4.3. Варьирование природы реагентов как способ управления селективностью реакции
- •2.4.4. Селективная активация
- •2.4.5. Защита функциональных групп как универсальный способ управления селективностью реакций
- •2.5. Реагенты, эквиваленты, синтоны
- •2.5.1. Идеальный органический синтез: фантастика или достижимая цель?
- •2.5.2. Синтоны как универсальные (хотя и виртуальные)
- •2.5.2.1. Реагенты и синтетическая эквивалентность
- •2.5.2.2. Понятие о синтонах
- •2.5.2.3. Синтонный подход как инструмент в разработке путей синтеза
- •2.5.2.4. Изоструктурные синтоны обратной полярности
- •2.6. Построение циклических структур
- •2.6.1. Специфика задач при синтезе циклических соединений
- •2.6.2. Обычные методы ациклической химии в построении циклических систем
- •2.6.2.1. Малые циклы: производные циклопропана и циклобутана
- •2.6.2.3. Циклы большего размера. Принципы макроциклизации. Эффекты многоцентровой координации
- •2.6.3. Циклоприсоединение - методы, специально созданные для получения циклических структур
- •2.6.3.4. Селективность циклообразования в комплексах переходных металлов
- •2.6.4. Радикальные реакции и их роль в синтезе циклических соединений
- •2.7. Расщепление связей с-с и перестройка углеродного скелета как синтетические методы
- •2.7.1. Расщепление одинарных связей с-с
- •2.7.2. Синтетическое использование реакций расщепления двойной углерод-углеродной связи
- •2.7.3. Перегруппировки углеродного скелета и некоторые возможности их использования в полном синтезе
- •2.7.3.1. Перегруппировка Кляйзена-Джонсона—Айрленда и гидрокси-перегруппировка Коупа
- •2.7.3.2. Трансформации малых циклов и их роль в полном синтезе
2.2.3. 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 эквивалентности последних Карбокатионам и карбанионам. После всего сказанного, когда выясняется, что даже неполярные углеводороды — это чуть ли не то же самое, что органические ионы, может показаться, что все грани здесь зыбки, а аналогии чисто формаль-ны. Это, однако, совсем не так, потому что можно найти твердую химическую основу, позволяющую устанавливать вполне реальную эквиватентность кова-лентных реагентов карбкатионам и карбанионам (в определенных рамках, pa-зумеется). Такой основой служит разделение всех реагентов, участвующих в ге-теролитических реакциях, на два класса: электрофилы и нуклеофилы.
Электрофилы (Е) — реагенты, способные принимать пару электронов, а нуклеофилы (Nu) — реагенты, способные отдавать пару электронов с образованием новой связи. Простейший из возможных электрофилов — протон (Н+), простейший нуклеофил — гидрид-ион (Н~). Карбокатионы икарбани-оны, содержащие соответственно вакантную орбиталь или неподеленую электронную пару, являются наиболее ярко выраженными представителями эяектрофилов и нуклеофилов.
Однако для того, чтобы соединение вело себя как электрофил, не обязательно изначальное наличие в его структуре электронной вакансии — достаточно того, чтобы эта вакансия могла формироваться в переходном состоянии, в ходе реакционного акта. Аналогично проявление нуклеофильной реакционной способности совсем не требует обязательного наличия в молекуле готовой неподеленой пары — достаточно того, чтобы пара электронов, принимаемая электрофил ом, в ходе реакционного акта могла бы подаваться нуклеофильным партнером.
Реакционная способность электрофильных и нуклеофильных реагентов может изменяться в очень широких пределах, и их способность имитировать в реальных реакциях поведение карбокатионов и карбанионов очень сильно зависит и от структуры реагента, и от типа реакции, в которой он участвует, и от природы конкретного партнера, и, разумеется, от условий проведения реакции. Тем не менее, вполне возможно хотя бы приблизительно расставить реагенты по степени их реакционной способности (элек-трофильности и нуклеофильности), хотя никогда не следует забывать, что та шкала, которая была установлена для реакции данного типа, вовсе не обязательно будет действительна при переходе к реакциям других типов. Следует также помнить, что далеко не все формально правильные комбинации электрофил + нуклеофил могут соответствовать реально осуществимым реакциям (это все-таки не рекомбинация ионов противоположного знака!). Поэтому стандартный прием ретросинтегического анализа — гетеролитический разрыв связи С-С, упомянутый в начале этой главы, — может нам указать только на структурный прототип предшественников (т. е. структуры карб-окатионов и карбанионов), которые необходимы для ее образования. Необходим еще дополнительный, более трудоемкий и ответственный этап анализа, который должен дать ответ на вопрос, какие именно типы нуклеофилов и электрофилов — и соответственно конкретные варианты реагентов — могут реально служить эквивалентами этих формальных ионных предшественников и с помощью каких реакций может быть осуществлена сборка рас-сматривамой связи С—С с учетом всего структурного контекста целевой молекулы. Разберем теперь на характерных примерах, как можно спланировать сборку связи С—С в некоторых наиболее часто встречающихся структурных фрагментах.