Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 3

Синтез тиазолов

Как пример синтеза гетероаренов с двумя атомами в цикле рассмотрим синтез тиазолов. В этом примере не рассматривается именная реакция. Однако он интересен приложением ретросинтетического анализа Кори для целей синтеза ароматических гетероциклических соединений [14].

Можно предложить две ретросинтетические схемы для синтеза тиазольного цикла.

Первая схема в основе синтеза рассматривает взаимодействие производного карбоновой кислоты с аминотиоенолом:

Легко предположить, однако, что аминотиоенолы являются весьма нестабильными соединениями и вряд ли могут выступать в качестве надежных интермедиатов синтеза.

Вторая ретросинтетическая схема предполагает разрыв C—N- и C—S- связей с другой стороны гетероатомов. Согласно этой схеме, за стадией гетероциклизации должна следовать дегидратация. Для такой последовательности следует иметь в виду, по крайней мере, два варианта.

Вариант А

Оба варианта исходят из структуры тиоамида в качестве нуклеофила; такой тиоамид легко доступен в реакции соответствующего амида с P2S5:

реакции нуклеофильного замещения водорода протекают с образованием σ-комплекса:

где ЭАГ — электроноакцепторная группа. При этом, если Х = Hal, ОAс или ОТs, реакция SNHAr может конкурировать с реакцией SNAr:

Особенно склонны к реакциям SNHAr гетероарены, молекулы которых представляют собой электронодефицитные π-системы (пиридин, пиримидин, 1,2,4-триазин) [19–21].

N NO2

+ NH3 (жидк.)

–40 °C

CH3S N

Применение нуклеофильного реагента в комбинации с окислителем, роль которого состоит в ароматизации быстро образующегося σ-комплекса в продукт замещения, представляет собой лишь один (окислительный) из вариантов практической реализации реакций SNHAr. В зависимости от строения реагирующих субстратов может быть реализован и другой — элиминационный — путь, не требующий специально вводимого окислителя. Примером этого пути может служить реакция Чичибабина (см. стр. 257):

Реакции SNHAr продолжают изучаться. К настоящему времени эти реакции проведены с C-, O-, N-, S-, P- и Si-центрированными нуклеофилами. Показано также, что превращения этого типа реализуются как отдельные стадии в некоторых тандемных превращениях соответствующих гетероциклических соединений [22, 23].

Особого внимания заслуживают возможности реализации реакций SNHAr в производственных условиях. Запатентован метод прямого аминирования нитробензола действием амидов карбоновых кислот:

Здесь R — алкил или арил.

Отдельные стадии этого превращения протекают количественно и в полной мере отвечают современным требованиям «зеленой» химии, поскольку единственным побочным продуктом при этом является вода [24, 25].

Дополнения!

ГЕТЕРОАРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

Пиррольная структура входит в состав природных соединений, имеющих важное значение для живых организмов. Прежде всего следует назвать представителей группы порфиринов, к которым относят гемоглобин крови и

хлорофилл.

Ниже для примера показаны некоторые алкилпирролы, играющие важную роль в природных порфириновых структурах, в том числе в гемоглобине.

Гемоглобин ответствен за транспорт кислорода в живом организме: 1 г гемоглобина связывает 1,35 см3 кислорода. Гемоглобин связывает кислород в легких и разносит его по всему организму. При связывании с гемоглобином кислород выступает как лиганд по отношению к атому железа. Токсичные свойства монооксида углерода определяются тем, что он является еще более сильным лигандом и препятствует связыванию и транспорту кислорода.

HOOCCH2CH2 CH3

гемин-фрагмент гемоглобина

Частично гидрированный пиррольный цикл содержится в витамине В12. Индол является структурным фрагментом важных природных соединений и широко используется для получения различных лекарственных препаратов.

Фуран, пиридин и хинолин также являются структурными фрагментами многих природных соединений и лекарственных средств.

Ниже показан ряд природных соединений, в составе которых присутствуют названные гетероароматические фрагменты.

Глава 26. УГЛЕВОДЫ

Органические соединения, имеющие общую молекулярную формулу

Сх(Н2О)у,

называют углеводами. Другое название углеводов — карбогидраты. Углеводы являются представителями одного из классов органических ве-

ществ, наиболее распространенных в живых организмах. Углеводы составляют основу (80% сухой массы) древесины и стеблей растений. Наиболее распространенными группами углеводов в растительном мире являются целлюлоза, крахмалы, пектиновые вещества, сахароза и глюкоза. Ряд углеводов выделяют из растительных источников в промышленных масштабах. Например, мировое производство сахарозы достигает сотен миллионов тонн.

Различные углеводы присутствуют в заметных количествах и в организмах высших животных. Глюкоза является одним из компонентов крови. Фрагменты углеводов содержатся в нуклеиновых кислотах, которые контролируют хранение и передачу генетической информации в процессах синтеза белков. К производным углеводов относится аденозинтрифосфат, который ответствен за хранение и транспорт энергии в биологических системах.

Простейшие представители углеводов — сахара, или сахариды, а среди них — глюкоза. Глюкоза служит примером моносахарида. Это означает, что она не может быть гидролизована в менее крупные фрагменты. Дисахариды, трисахариды и олигосахариды отличаются тем, что дают при гидролизе соответственно две, три или до восьми молекул моносахаридов. Полисахариды являются полимерами, в которых число мономерных звеньев превышает восемь. В природных полисахаридах насчитывается до 1000–3000 моносахаридных остатков.

26.1.МОНОСАХАРИДЫ

26.1.1.Классификация

Моносахариды различаются числом атомов углерода в цепи и типом карбонильной группы (альдегидная или кетонная). Например, по такой классификации глюкозу следует рассматривать как гексозу (она имеет шесть ато-

Для обозначения циклических форм в настоящее время в химии углеводов чаще применяют кресловидные формулы, аналогичные тем, которыми обозначают циклогексан и его замещенные:

и соответствующие упрощенные изображения — формулы Хеуорса (в этих формулах атомы Н при углеродных атомах часто не изображают):

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Ниже изображена кресловидная формула β-D-глюкопиранозы, в которой все заместители имеют экваториальную ориентацию (e-конформер). Эта структура на 6 ккал/моль стабильнее, чем а-конформер, в котором все заместители имеют аксиальную ориентацию.

Циклические формы глюкозы являются внутренними полуацеталями: гидроксигруппа при атоме С5 присоединена к группе СНО.