книги / Органическая химия. Т

С пособность этих углеводородов к окислению выше, чем у бензола, по­ этом у указанные хиноны могут быть получены при применении и традици­ онных окислителей, например действием или СЮ 3 в серной кисло­

те при нагревании.

НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ

Нафталин С,0Н8выделяют из нафталиновой фракции при переработке каменноуголь­ ной смолы и из продуктов пиролиза нефтяного сырья. Бесцветное кристаллическое вещест­ во с характерным запахом, т.пл. 80 °С. Нерастворим в воде, растворим в этаноле, диэтиловом эфире, бензоле, хлороформе. Применяют в производстве фталевого ангидрида, тетралина, декалина, нафтолов, вспомогательных веществ и промежуточных продуктов в синтезе красителей. ПДК 20 мг/м3.

Антрацен С14Н,2 выделяют из антраценовой фракции при переработке каменноуголь­ ной смолы. Почти бесцветные кристаллы с голубой флуоресценцией, т. пл. 216 °С. Нерас­ творим в воде. Растворим в этаноле, диэтиловом эфире, ацетоне, бензоле. Применяют в про­ изводстве антрахинона - важного промежуточного продукта в синтезе красителей. Раздра­ жает кожу, слизистые оболочки, в том числе дыхательных путей и глаз.

Фенантрен С14Н12 выделяют из антраценовой фракции при переработке каменноуголь­ ной смолы. Бесцветные кристаллы, т. пл. 100 °С. Нерастворим в воде, растворим в этаноле, диэтиловом эфире, бензоле. Растворы имеют голубую флуоресценцию. Применяют в синте­ зе красителей. Фрагмент фенантрена, в том числе частично или полностью гидрированный, содержится во многих природных соединениях (алкалоиды, терпены, стероиды). ПДК 0,8 мг/м3.

Бифенил С12НШполучают по реакции Ульмана нагреванием иодбензола в присутствии металлической меди при 200-250 °С, димеризацией бензола в присутствии солей палладия, дегидрированием бензола при 750-800 °С. Бесцветное кристаллическое вещество, т. пл. 71 °С. Очень плохо растворим в воде, растворим в метаноле, бензоле, диэтиловом эфире. В смеси с дифенилоксидом применяют в качестве высокотемпературного теплоносителя. ПДК 0,5 мг/м3.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Изолированные бензольные кольца - бензольные кольца, соединенные в полицикличес­ ком ароматическом углеводороде простой связью.

Конденсированные бензольные кольца - бензольные кольца, имеющие два общих атома углерода.

Полициклический ароматический углеводород —соединение, содержащее два (или не­ сколько) изолированных или конденсированных бензольных кольца.

З А Д А Ч И

Задача 11.1. Бифенил С6Н5-С6Н5можно рассматривать как молекулу бензола, содержа­ щуюфенильную группу в качестве заместителя. Напишите резонансные структуры соответ­ ствующего о-комплекса, поясните тип ориентирующего влияния фенила в реакциях 5£Аг:

орто-, пара- или мета-.

Задача 11.2. Назовите следующие соединения. Предложите способы их получения, исхо­ дя из доступных производных бензола.

Задача 11.3. Назовите следующие соединения. Предложите способы их получения, исхо­ дя из доступных производных бензола.

Задача 11.4. Реакции замещения 2-метилнафталина с объемистыми электрофильными агентами преимущественно идут в положение 6. Объясните, почему это положение имеет преимущество перед положением 7.

Задача 11.5. Теплота образования нафталина AHÿ= -36,1 ккал/моль, а декалина AHJ = = -43,5 ккал/моль.

а) Рассчитайте теплоту гидрирования нафталина до транс-декалина.

б) Применяя теплоту гидрирования циклогексена в качестве стандарта для сравнения, оцените теплоту гидрирования нафталина в отсутствие какой-либо стабилизации за счет со­ пряжения.

в) На основе полученных значений определите эмпирическое значение энергии резонан­ са нафталина.

Задача 11.6. Предложите подходящую схему получения следующего производного наф­ талина:

СН(СН3)2

Задача 11.7. 2-Метилнафталин может быть получен из толуола и янтарного ангидрида. Предложите схему превращений.

О

.О +

О

Задача 11.8. Покажите, как можно получить следующие соединения, исходя из бензола.

а)

Задача 11.9. Исходя из бензола и соответствующего ацилхлорида (или ангидрида), пред­ ложите схему получения 9,10-дигидроантрацена.

НН

НН

Задача 11.10. Предложите механизм следующего превращения:

фенантрен

СН2ОН

11.3.МУТАГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА. ПОЧЕМУ ОПАСНО КУРИТЬ

Бенз[а]пирен был синтезирован и изучен в 1933 г. Вскоре в опытах с жи­ вотными установили вы сокую канцерогенность этого углеводорода. Впос­ ледствии бы ло идентифицировано огромное число и других конденсирован­ ных ароматических углеводородов. Больш ая часть из них бы ла выделена из каменноугольной смолы . Значительное число этих углеводородов также

вызывает раковы е заболевания как у человека, так и у животных. М ногие из них являются веществами, нарушающими передачу наследственных при­ знаков при размножении.

Кроме каменноугольной смолы, получаемой при коксовании каменного угля, источником конденсированных ароматических углеводородов в окру­ жающ ей среде являются процессы сжигания бензина в автомобилях, топли­ ва на электростанциях. Сущ ественную роль в загрязнении окружаю щ ей среды играет такж е и табачный дым. Тщательный анализ табачного дыма был проведен самыми разными физико-химическими методами. В частнос­ ти, методом жидкостной хроматографии вы сокого давления в табачном ды­ ме установлено присутствие, по крайней мере, фенантрена, бенз[я]антрацена, бенз[я]пирена, хризена, бенз[Ь]флуорантена, бенз[£]флуорантена*.

фенантрен

Содержание хризена и бенз[я]антрацена оказалось достаточны м и для количественного определения. Установлено, например, что при выкуривании каждой сигареты выделяется ~900 нг хризена и -2 5 0 нг бенз[я]антрацена.

Превращ ения конденсированных ароматических углеводородов в живом организме знакомят нас ещ е с одним направлением метаболизма слож ного органического соединения. Оказалось, что эти углеводороды являются

пром ут агенам и. Они приобретаю т м ут агенны е свой ст ва, подвергаясь ме­ таболизму в живом организме. Установлено, в частности, что бенз[д]пирен окисляется в печени до дигидроксиэпоксида с помощ ью Р450-цитохрома. Ц итохром Р450 - один из эффективны х участников метаболических про­ цессов, представляющий собой набор гемопротеиновы х ферментов. Эти

* Стороны основной циклической системы обозначают латинскими буквами а,Ь,с и т. д. Буквой а обозначают сторону 1-2, буквой b - сторону 2-3 и т. п.

К овалентное связывание глутатиона с эпоксидом сущ ественно повыш а­ ет растворимость этого метаболита в физиологических условиях, что спо­ собствует его бы строму вы ведению из организма.

Если глутатион способен эф ф ективно нейтрализовать дигидроксиэпоксиды, м ож ет бы ть, и не стоит преувеличивать опасность курения?

Э то - не так. Ч тобы содерж ание глутатиона в лимфоцитах (а именно лимфоциты первыми включаются в специфический иммунный ответ орга­ низма) находилось на необходим ом высоком уровне, иммунная система ор ­ ганизма должна быть в постоянной «боевой» готовности (подробнее о б им­ мунной системе см. далее в разд. 13.6). В повседневной жизни абсолютным иммунитетом могут похвастаться, однако, немногие. Даж е незначительные личные неприятности и легкие недомогания ослабляю т иммунный ответ организма. Н е укрепляет иммунную систему и собственно курение. П риме­ нение лекарств, стимулирующих поддержание концентрации глутатиона в организме на высоком уровне, такж е малоперспективно, поскольку ведет к постепенному ослаблению иммунной системы. Самое разумное в этой ситу­ ации - отказаться от курения, чтобы не создавать организму проблем, р е­ шение которы х м ож ет оказаться для него слишком сложной задачей.

Глава 12. ВВЕДЕНИЕ В ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ. СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Сведения о свойствах органических соединений, полученные в предыду­ щ их разделах, позволяю т приступить к реш ению главной задачи органиче­ ской химии - к синтезу органических соединений заданного строения.

И ногда все стадии синтеза целевого соединения (target compound) пред­ ставляются вполне очевидными. В таких случаях структуры исходных со­ единений и промеж уточны х продуктов сомнений не вызывают.

Значительно чащ е последовательность превращений, которы е ведут к целевой структуре, не является очевидной и химику приходится тщ ательно анализировать каждую стадию различных схем синтеза, которы е могут привести к ж елаем ом у результату. Ч тобы реш ить синтетическую задачу в этом случае, химик долж ен бы ть знаком с основами ст рат егии органичес­ к ого синт еза. Общ епринятым методом этой стратегии является в настоя­

щее время ретросинтетический анализ.

12.1.РЕТРОСИНТЕТИЧЕСКИИ АНАЛИЗ

Первы м этапом рет росинт ет и ческого а н ал и за является анализ послед­ ней стадии, которая ведет к получению целевого соединения. При этом оп­ ределяю т возмож ны й предш ественник, который м ож ет выступать как ис­ ходное состояние на этой последней стадии - п ервы й предш ест венник. Со­ ответствующ ая стадия в м етоде ретросинтетического анализа называется

рет росинт ет и ческой ст адией. Она изображ ается следующ им образом:

ретросинтетическая

стрелка

Затем первый предш ественник рассматривают как целевое соединение и анализируют стадию, предш ествую щ ую его получению . Таким образом, определяю т наиболее вероятную структуру вт о р о го предш ест венника. Указанная процедура позволяет установить наиболее подходящие предше­ ственники на каждой стадии.

В относительно простых задачах направленного синтеза ретросинтети­ ческий анализ ведет к формированию так назы ваемого си н т ет и ческого дерева.

возможные первые предшественники

возможные вторые предшественники

Синтетическое дерево м ож ет быть сформировано, когда в ходе ретросинтетического анализа становятся ясными все стадии синтеза, предш ест­ венниками в которы х выступают доступные реагенты .

В ходе ретросинтетического анализа требуется выяснить возм ож но большее число потенциальных предш ественников и предложить возм ож но большее число синтетических путей. Само собой разумеется, что от хими­ ка для этого требуется знание возм ож но больш его числа реакций, с помо­ щью которы х м ож но сформировать заданный скелет молекулы и транс­ формировать ту или иную функциональную группу д о требуем ой.

Химики пользовались этим приемом долгие годы, однако идеологию ме­ тода ретросинтетического анализа в современном виде впервые предложил Е. Кори (I960 г.). Эта идеология позволила в последующ ие годы разрабаты ­ вать стратегию синтеза сложны х природных структур с применением ком ­ пьютерных программ. З а развитие теории и методологии органического синтеза Е. К о р и в 1990 г. был удостоен Н обелевской премии.

Часто структура предшественника однозначно не устанавливается, одна­ ко определяется его химическая природа в соответствии с механизмом пре­ вращения. При этом предшественник в обобщ енном виде м ож ет быть пред­ ставлен реакционноспособной частицей, называемой симтоном. Источни­ ком синтона могут служить один или несколько реагентов, которы е называ­ ют синт ет ическими эквивалент ам и. Например, реактив Гриньяра RM gX и литийорганический реактив RLi могут рассматриваться в качестве синтети­ ческих эквивалентов карбаниона R:e (синтона).

Н иже показано, каким образом ретросинтетический анализ м ож ет дать сведения об оптимальных путях синтеза различных спиртов из соответству­ ющих реактивов Гриньяра и предшественников, содержащ их карбониль­ ную группу.

На первой стадии определяю т атом углерода целевой молекулы спирта, который связан с гидроксигруппой. При этом имею т в виду, что предш ест­ венником этого атома углерода должна бы ть С =0-группа.

Н а второй стадии мысленно разрываю т связь м еж ду найденным атомом углерода и присоединенным к нему фрагментом . Э тот фрагмент, как мож­

но предположить, м ож ет происходить из реактива Гриньяра.

П осле того, как определены оба предш ественника - карбонильный партнер реакции и атакующ ий его карбанион, м ож ет быть написана стадия синтеза, в которой реактив Гриньяра будет применен как синтетический эк­ вивалент карбаниона.

В соответствии с проведенным анализом первичные спирты следует рассма­ тривать как продукты присоединения реактива Гриньяра к формальдегиду.

Вторичные спирты по аналогичной схеме анализа являются продуктами двух различных комбинаций реактива Гриньяра и альдегида.

П о той ж е логике ретросинтетического анализа три различные комбина­ ции реактива Гриньяра и кетона даю т один и тот ж е третичный спирт.

Например, для получения 2-фенил-2-пентанола в рамках м етода ретро­ синтетического анализа м ож но предложить три синтетические схемы.