R-C-OR" + ROH: N
При алкална хидролиза, групата што заминува (RO®) е | изгледа многу лошо и не е можна реакција. Ова својство - стабилноста на ацеталите во алкална средина - се користи кога е неопходно да се заштити карбонилната група. Заштитата на една или друга функционална група (во амини, алкохоли, феноли, олефини, меркаптани, CH-киселини, итн.) е многу важна задача во органската синтеза (Поглавје XXII) го илустрираме со примерот на синтезата на глицерол алдехид од лесно достапен акролеин.
CH2=CH-Cf° + KMnO, N
Дејството на калиум перманганат директно на акролеин доведува до оксидација и на ^C=CX^ и на алдехид-C групата: CH2-CH-C he he he he
акролеин глицеринска киселина uO HC1.
Ова бара заштита на алдехидната група, што може да се постигне со нејзино претворање во ацетал, на пример, со дејство на етанол во присуство на водород хлорид.
3-хлоропропанал
CH2-CH2-C-OS2H5
1D-диетокси-3-ксиаорпропан
Вториот веднаш се прицврстува на двојната врска истовремено со формирањето на ацетал. Клучната фаза на синтезата е регенерација на двојната C=C врска како резултат на дехлорирање со алкали со зачувување на ацетал кој е стабилен во алкална средина.
CH2-CH-Cr-OC2H5
OH OH H 1, 1-диетокси-2,3-дихидроксипропан
Киселината хидролиза на ацеталот во благи услови го дава посакуваниот глицералдехид:
R°g^ H3Oe UR
sn2-sn-schn? sn2-sn-on тој os2n5 тој тој n
2,3-дихидроксипропанал, глицералдехид Поради стеричната пречка, кетоните реагираат со алкохолите за да формираат хемикетали многу потешко во споредба со алдехидите кои формираат хемиацетали, особено со гломазните групи во кетонот или алкохолот.
За да се заштити карбонилната група, погодно е да се користат гликоли кои формираат циклични ацетали, на пример:
^О c© ^o-sn2
CH3CH2CH- + CH2-CH2 -H- CH3-CH2-C I
N OH OH N 0 СНз
2-ETNL-1,3-диоксалан
Ова е важно првенствено за кетоните, кои немаат тенденција да формираат кетали кога се во интеракција со обичните алкохоли. Интрамолекуларното формирање на хемиацетали со оксиалдехиди и оксикетони е карактеристично за јаглехидратите, видете во Поглавје XXIII за детали;
Додавање на карбоксилни киселини. Алдехидите, по аналогија со алкохолите, можат да додадат карбоксилни киселини (по можност нивни анхидриди), формирајќи ацилали:
ацеталдехид оцетен анхидрид етилиден диацетат
Полимеризација на алдехиди. Пониските алдехиди (формалдехид, полошо - ацеталдехид) се способни за полиеризација, чиј иницијатор е обично вода.
Nosn2-o-sn2-on + n-s
Итн. - HO^CH2O^H
Природата на полимерните производи зависи од условите.
W Во водени раствори, формалдехидот формира олигомерни линеарни полимери. Кога таков раствор се испарува, се формира цврст производ, параформалдехид. што содржи од 8 до 100 оксиметиленски единици. Водата, иницирајќи ја полимеризацијата, истовремено го разградува полимерот, хидролизирајќи го, затоа, невозможно е да се добие високомолекуларен полимер во водени раствори, ратформалдехид, особено со киселини, се распаѓа, претворајќи се во гасовит формалдехид, |^ако; ова се случува во затворен сад - во триоксан "." pl. 64 "C, точка на вриење 115°C).
триоксан
но-|-сн2о--н -?- 9^у
параформалдехид
Примамливата идеја за добивање полимер со висока молекуларна тежина (L> 1000) од формалдехид привлече многу познати хемичари. Полиформалдехид првпат беше опишан од А. М. Батлеров во средината на 19 век. Полимерот го доби своето повторно раѓање благодарение на работата на германскиот хемичар Г. Стаудингер, еден од основачите на хемијата на полимерот, кој изврши основни фундаментални истражувања за синтезата и својствата на високомолекуларниот полиформалдехид, вклучувајќи хемиски методи за зголемување на неговата стабилност. Сепак, беше можно да се надминат огромните тешкотии со инженерската имплементација на синтезата и да се воспостави индустриско производство и преработка на високомолекуларен полиформалдехид за прв пат дури во 1959 година (Дупонт).
Во моментов, полиформалдехидот се добива во форма на хомополимер со терминални хидрокси групи претворени во едноставни за да се спречи деполимеризација
или естри (Delrin, Tenac), или кополимер на формалдехид со 2,5-3,0% етилен оксид, 1,3-диоксолан
(I J) и други (celcon, SFD, hostaform) со молекуларна О
со тежина од 40-120 илјади.
CH3-C-O-J-CH2OJ-C-CH3
полиформалдехид (делрин, тенак)
Полиформалдехидот, како одличен градежен материјал, се повеќе се користи во машини, изработка на инструменти и за предење влакна.
79.3.1.3. Реакции со халогени-центрирани нуклеофили
Халогеноанјоните се слаби нуклеофили (добри напуштачки групи), а HHal формира нестабилни производи за додавање со алдехиди и кетони, како што е наведено погоре
АЛДЕХИДИ[скрат. од новолат. ал(кохол)дехид(рогенатум) - алкохол без водород], орг. кон., што содржи алдехидГрупа СНО. Според номенклатурата IUPAC името. A. се произведува со додавање на името. соодветната јаглеводородна наставка „ал“ или на името. јаглеводород кој содржи еден атом C помалку, суфикс „јаглехидрати“ алдехид„; во првиот случај, јаглерод алдехидскигрупите се нумерирани 1, во втората - алдехидскигрупата не е вклучена во синџирното нумерирање. Во мултифункционални врски алдехидскигрупата се означува со префиксот „формил“, на пр. конн. OSNCH 2 CH (CHO)CH 2 CHO повикан. 1,2,3-пропанетрикарб алдехидили 3-формилпентандиал; некои A. имаат тривијални имиња (види табела).
СВОЈСТВА АЛДЕХИДИ
|
Соединение |
Име |
Температура на вриење, 0 C |
|||
|
IUPAC тривијален |
|||||
|
Метанот |
Форма алдехид, образец А. |
||||
|
Ацет алдехид, оцет А. |
|||||
|
C 2 H 5 CHO |
Пропанал |
Пропион А. |
од -81 до -80 |
||
|
C 3 H 7 CHO |
Бутанал |
Бутир алдехид, мрсна А. |
|||
|
sn 2 = snno |
Пропенал |
Акролеин, акрилик А. |
од -88 до -86,5 |
||
|
CH 3 CH=CHCHO |
2-Бутенал |
Кротонови А. |
од -77 до -76 |
||
|
C 6 H 5 CHO |
Бенц алдехид |
||||
Во IR спектрите A. карактеристика. апсорпционите ленти v C=o лежат во регионот 1740-1720 cm -1 (алифатичен А.), 1715-1695 cm -1 (ароматичен), 1705-1685 cm -1 незаситен); V C_H -B регион 2880-2650 cm -1. Chem. смена алдехидскипротон во спектрите NMR (1 H) - во регионот од 9,4-9,7 ppm. (алифатичен А.) и 9,6-10,1 ppm. (ароматични). Карактеристичниот дублет во спектрите NMR (13 C), поради групата 13 CHO, е во регионот од 190-205 ppm. (за 5-10 ppm во посилно поле од 13-те поместувања на CO на соодветните кетони). Електронските спектри содржат појаси со 290 nm за RCHO (R = CH 3, C 2 H 5, C 3 H 7), 345 nm за акролеин и 327 nm за кретон А. (во сите случаи 15-25); масни спектри (RCHO) врвови што одговараат на (HCO) + , (RCO) + и R + јони. Ако A. имаат H атоми во положба, тогаш за линеарни врски. карактеристични врвови кај тие 44, а за разгранети - кај тие 44 + 12i, каде П - 1, 2, 3...
А. - еден од најпознатите реактивни класи на орг. врски. Долна А. лесно се полимеризираат. Според степенот на оксидација, A. заземаат среден опсег. позицијата помеѓу алкохолите и јаглеродните соединенија, што во голема мера ги одредува нивните својства. А. лесно се оксидираат со O 2 во воздухот до одредено ниво веќе за време на складирањето (среден производ - перокси киселина):
Тие се намалуваат под влијание на H 2 (кат.-Pt или Ni), како и од донатори на хидридни јони, на пример. LiAlH 4 и NaBH 4, во примарни алкохоли. Кога е обновен, ароматичен. A. метали или електрохемиски произведуваат гликоли супституирани со лиарил. Непропорционално со формирањето на алкохол и соединенија: 2C 6 H 5 CHO + H 2 O -> C 6 H 5 CH 2 OH + C 6 H 5 COOH (област Канизаро) или естер: 2RCHO -> RCOOCH 2 R (област Тишченко). Се намалува со алкохол во присуство. алкохолат A1 (област Мервејн-Пондорф-Верли): RCHO + (CH 3) 2 CHONRCH 2 OH + (CH 3) 2 = O. Ароматични. A. влегуваат во кондензација на бензоин.
Поради поларизацијата на врските, А. може да додаде нуклеофили во карбонилната група: вода, алкохоли, амини итн. Обично А. значи. поактивни во реакциите со нуклеофили отколку кетони. макс. форми кои лесно реагираат алдехид, кој првенствено се наоѓа во водениот раствор. во хидрирана форма. Во раствор на алкохол, А. формира секвенцијално хемиацетали и ацетали: RCHO + R"OH -> RCH(OR")OH RCH(OR") 2, при интеракција со хидроксиламин-оксими RCH=NOH, со хидразин-хидра-зони RCH =NNH 2 и азини, со примарни амини-Шифови бази (азометини) RCH=NR"; со секундарни амини A. RCH 2 CHO даваат емини RCH=CHNR 2. Од CH 2 O и NH 3 хексаметилентетрамин (уротропин) се произведува во индустријата. Формирањето на ацетали и енамини се користи во синтезата како метод на заштита алдехидскигрупи; раствор А. со NaHSO 3, што доведува до кристален. адукти, - за изолација и прочистување на А.
Исклучително важно во организацијата. синтеза алдол кондензација за да се формира хидрокси алдехиди. Вториот лесно се одвојува од водата, станувајќи неограничен алдехиди(Кретонска кондензација):
Во слични области, ароматични. A. со јаглеродни анхидриди (Перкинов раствор), како и алифатични. и ароматични A. со естери на маланска киселина (раствор на Knoevenagel), соодветно, се формираат незаситени киселини или нивни естри, на пример: 
Кондензацијата на аминокиселините со естри на килибарна киселина доведува до алкилиденскокцинични киселини (област Стобе), а со амино киселини - до азлактони (област Ерленмајер-Плохл). Nucleof. додавање на карбонилната група на А. е основа на синтезата на: алкохоли – интеракција. A. со Grignard реагенси или други металуршки соединенија. поврзување, како и со ацетилен (Репе раствор): 2CH 2 O + HCCH -> NOCH 2 CCCH 2 OH; аминокарбонилни соединенија - меѓусебно. A. или кетони со CH 2 O и амини (Mannich раствор): CH 3 COCH 3 + CH 2 O + (C 2 H 5) 2 MH * HC1 -> CH 3 COCH 2 CH 2 M (C 2 H 5 ) 2 * HC1 + H2O; олефини - со кондензација на А. со алкилиден фосфорани (раствор на Витиг): RCH 2 O + (C 6 H 5) 3 -CH 2 -> RCH = CH 2 + (C 6 H 5) 3 PO; глицидни етери - A. раствор со халогени јаглеродни естри (раствор на Дарзан):
Карбонилната група на А. исто така е способна да учествува во реакциите на Анри, Кижнер - Волф, Леукарт, Стрекер и други А. (главен примерок CH 2 O) реагира како електроф. реагенси со олефини, кои формираат 1,3-диоксани и 1,3-гликоли (раствор на Принс), на пример: 
Електроф. замена во ароматични јадро под влијание на A. доведува до арилкарбиноли. Реакцијата на CH 2 O со фенолите е основата на производството на фенол-формален. смола
Кога е хомолитичен со додавање на А. во олефини, иницирани од пероксиди или О2, се формираат кетони, со фотохемиски. A. раствори со олефини - оксациклобутани (оксетани), на пример: 
A. декарбонилат (кат.-Rh) за да се формираат јаглеводороди.
А. ги вклучува најважните моно- и олигосахариди - гликоза, лактоза итн. A. е содржана во есенцијалните масла, на пример. цитрал - во маточина (до 80%) и масла од коријандер, цитронелал - во цитронела (~ 30%) и масло од еукалиптус, бензен алдехид- во масло од горчлив бадем; Плодовите од ванила содржат 1,5-3% ванилин.
Дехидрогенизација на алкохоли преку Ag, Cu или монохроматски катализатори - најмногу. општи индустриски A. метод на производство (во основа форми алдехиди A. состав C 5 и погоре). Ацет алдехидпроизведуваат гл. arr. етиленска оксидација, како и каталитичка. хидратација на ацетилен (област Кучеров), акролеинска оксидација на пропилен, пропион и масло А. - хидроформилација, соодветно. етилен и пропилен. А. се синтетизира и во индустријата како каталитички. реставрација на јаглеродни соединенија (главно повисоки примероци) со мравја киселина, хидролиза на јаглеводороди супституирани со дихалоген.
Препаративни методи за добивање А.: оксидација на алкохоли со хромати или кетони во присуство. алкохолати А1 (област Опенауер); озонолиза на олефини; реставрација на распаѓање јаглеродни деривати, на пример. киселински хлориди-H 2 во присуство. Pd (област Розенмунд), метални нитрили-хидриди со следново. хидролиза на добиените алдимини итн.; интеракција Grignard реагенси со ортоформен етер; преуредување на алил винил етери (Клајзен преуредување); оксидација на 1,2-гликоли со јод или (CH 3 COO) 4 Pb, како и растворите на синтезите Даф, Неф, Рајмер-Тиман, Сомлет, Гутерман и Гутерман-Кох.
За квалитети. дефинициите на A. обично користат раствор на AgNO 3 во вишок од воден раствор NH 3 (формирање на сребрено огледало) или Fehling-ов реагенс-алкален раствор кој содржи CuSO 4 и винска сол (ослободување на црвен талог Cu 2 O). Овие реагенси не реагираат со кетони.
A. се користи за производство на алкохоли (бутил, 2-етилхексанол, пентаеритритол, итн.), јаглеродни киселини и нивни деривати (на пример, оцетна, пероцетна, оцетна анхидрид, винил ацетат, ацетопропилацетат), полимери, антиоксиданси, пиридински бази , итн., содржи 8-12 атоми C, миризливи материи. макс. опаѓа обемот на светското производство на алуминиум (неколку милиони тони годишно). алдехиди C 1 - C 4.
А. ги иритираат мукозните мембрани на очите и горниот респираторен тракт и имаат штетно влијание врз нервниот систем. Со зголемување на бројот на јаглеродни атоми во молекулата, иритирачкиот ефект слабее. Незаситените А. имаат посилно иритирачко дејство од заситените.
исто така види Акролеин, анасон алдехид, Ацет алдехид, Бенц алдехид, цимет алдехид. Нафта алдехид, пропион алдехид, салицилна алдехид, Формулар алдехид и сл.
Осветлено:Робертс Д.Д., Касерио М.К., Основи на органска хемија, транс. од англиски, том 2, М., 1978; Булер К., Пирсон Д., Органски синтези, транс. од англиски, дел 2, М., 1973, стр. 51-91; Бретл Р., во книгата: Општа органска хемија, транс. од англиски, том 2, М., 1982, стр. 488-569; Кирк-Отмер енциклопедија. 3 ед., с. I, N.Y.-, 1978, стр. 790-98. М.Г. Виноградов.
Во сите пристапи кон проблемот на селективноста што ги разгледавме погоре, „играта“ се засноваше на варијации кои директно влијаеја на учесниците во главниот процес: природата на подлогата и/или реагенсот, условите на реакцијата или дури и природата. на самата реакција се промени. Иако во секој случај беше можно да се обезбеди селективност на потребната трансформација, понекогаш овој успех беше постигнат по висока цена, бидејќи беше неопходно да се „прилагоди“ кој било од главните методи на синтеза за решавање на одреден проблем, во други зборови, користејќи ја претходно користената метафора на „влегување во црна кутија“. Во пракса, во многу случаи . Различен пристап кон проблемот на селективност се покажува како поповолен. Дозволете ни да го објасниме со следниот шематски пример.
Да разгледаме одредена подлога А-Х, за која е добро развиен методот за негово претворање во производот А-З. Сега да претпоставиме дека специфичната задача е селективна конверзија на подлогата Y-A-X, каде што Z е група слична по својства на групата X, во производот Y-A-Z. Се разбира, можете да се обидете, на пример, да ја измените главната реакција така што таа да влијае само на групата Х и воопшто да не влијае на групата Y Сепак, таквата патека може да испадне многу трудоинтензивна, бидејќи тоа ќе биде неопходно е да се измени веќе добро развиен и можеби сложен метод, а можно е за секој нов Y во системите од типот Y"-A-X оваа работа да треба да се направи одново. За среќа, постои различен принцип за решавање на ова Еден вид проблем Суштината на ggo е привремено да се отстрани групата Y од играта и со тоа да се трансформира бифункционалниот супстрат Y-A-X во монофункционален, на кој е применлив вообичаениот метод за трансформирање на X во Z во неговата канонска форма да се постигне со користење на некои едноставни реакции кои ја трансформираат функцијата Y во група која е инертна во услови на главната реакција и овозможува безболно враќање од неа во првобитната функција Y во подоцнежните фази на синтеза.
Таквото маскирање или заштита на функциите е техника исклучително широко користена во практиката на органска синтеза. Лесно е да се види дека ова го отстранува проблемот на селективноста на главната реакција, но се поставува прашањето за селективноста на поставување на заштитна група на функцијата Z без да влијае на поврзаната функција X. Меѓутоа, во општиот случај, наоѓање решение овој проблем е веќе неспоредливо полесен од повеќе причини. Прво, методите за воведување заштита спаѓаат во категоријата трансформации на функционални групи, кои се релативно едноставни по хемија и за кои се развиени десетици методи, што ги прави применливи за речиси сите замисливи случаи. Второ, структурата на заштитната група може да се менува во многу широки граници, бидејќи ќе се отстрани во следните фази, а нејзината природа не може да влијае на формирањето на следните производи од синтетичкиот синџир*. Поради овие околности, опсегот на реакции што може да се користат за заштита на дадена функционална група е исклучително широк, што сигурно ја обезбедува потребната селективност на заштитната група. За да ја илустрираме примената на „заштитниот пристап“ кон проблемот на селективноста, да го разгледаме обновувањето на веќе познатиот модел трифункционален систем 156 (дијаграм 2.86).
| Шема 2.86 |
Претходно, користејќи го истиот систем, покажавме како може да се постигне селективна редукција на само формил групата или формил икарбометокси групите со менување на природата на средството за редукција на хидрид (види Шема 2.73). Но, што ако сакате селективно да ја обновите само групата карбометан? Ако земеме предвид дека оваа функција ќе биде помалку активна во однос на некој од конвенционалните редуцирачки агенси на хидрид од формалната група, може да изгледа дека потребната трансформација воопшто не може да се изврши со користење на реагенси од овој тип. Меѓутоа, всушност, ситуацијата може лесно да се коригира со заштита на карбонилната група со нејзино претворање во ацетална група користејќи, на пример, реакција катализирана со киселина со етилен гликол. Бидејќи ацеталите се отпорни на широк спектар на нуклеофили, естерската група на модифицираниот супстрат 188 може да се редуцира со користење на кое било средство за редукција на хидрид. Добиениот алкохол 189 се разликува од потребниот производ 190 само во присуство на ацетил заштита, но вториот лесно се отстранува со хидролиза катализирана со киселина. Така, речиси нерешливиот проблем на селективна редукција на карбометокси групата во присуство на лесно редуцирана алдехидна функција лесно се решава со користење на „заштитен пристап“.
Сега да разгледаме поконкретно некои методи за заштита на најважните функционални групи, почнувајќи од карбонилната функција.
Ајеталната заштита спомената погоре, во принцип, може да се примени на кое било карбонилно соединение со користење на широк спектар на алкохоли или гликоли, но брзината на оваа реакција, во зависност од специфичната природа на подлогата, може да варира за неколку реда на големина. Ова особено овозможува јасно да се разликуваат функциите на алдехидот и кетонот, бидејќи првиот е поактивен електрофил и може многу полесно да се претвори во ацетал. Да разгледаме како пример специфичен синтетички проблем во кој оваа конкретна техника била ефективно користена.
Користејќи го истиот пример, погодно е да се покаже како може да се обезбеди обратна селективност на редукцијата. За таа цел, алдехидната група прво е заштитена со тиоацетална заштита (шема 2.88). Бидејќи тиоацеталите се доста стабилни под малку кисели услови, добиениот производ 194 може дополнително да се претвори во дезаштитен дериват 195. Специфична карактеристика на тиоацеталите е нивната способност лесно да подлежат на солволиза кога се третираат со соли на жива (или кадмиум). Со таквата обработка од производот 195 добие моносупституиран дериват 196, во кој овој пат кето групата е заштитена, а алдехидната група може дополнително да се намали или да се користи во какви било други реакции со нуклеофилни реагенси.
Често има случаи кога е неопходно да се направи разлика помеѓу редовна карбонилна група и истата група конјугирана со двојна врска. Бидејќи присуството на таква конјугација значително ја намалува електрофилноста на карбонилниот центар, ацетализацијата во таквите полифункционални системи ќе продолжи со висока селективност, што влијае само на изолираната карбонилна функција. Оваа техника, особено често користена во хемијата на стероидите, овозможува во следните фази да се користи енонската група зачувана во молекулата во такви трансформации како, на пример, додавањето Мајкл.
Удобно е да се разгледаат проблемите што се јавуваат кога е неопходно да се спроведе селективна заштита на хидроксилни групи користејќи примери од хемијата на јаглени хидрати. Да речеме дека треба селективно да ја спроведеме реакцијата на примарната хидроксилна група во C-6 на а-метил-О-глукопиранозид (197) (дијаграм 2.89).
Очигледно, за да се постигне оваа цел, потребно е прво да се заштитат другите три хидроксилни функции присутни во молекулата. Можен начин да се реши овој проблем е синтезата на триацетат 198. Сепак, директна трансформација 197 В 198 тешко да се спроведе, бидејќи ацетилацијата е ниско-селективна реакција која се јавува кај примарните алкохоли побрзо отколку кај секундарните. Затоа, мораме да прибегнеме кон решение - синтеза на трифенилметил (тритил, Tg) етер 199. Воведувањето на тритил заштита кај примарните хидроксили е полесно отколку кај секундарните, бидејќи реакциите на гломазната тритил група се многу чувствителни на просторната заштита на нападнатиот центар. Навистина, третман со глукозид 197 тритил хлорид во пиридин доведува до монотритил етер со висок принос 199. Во ова соединение, примарниот хидроксил е заштитен, кој треба да биде слободен во целното соединение. Ова, сепак, не треба да не збунува: главното е што успеавме некако да го „означиме“, т.е. разликуваат од другите. Во следната фаза, треба да ги затвориме сите други хидроксилни групи, за кои е сосема можно да се користи стандардниот метод на ацетилација со оцетен анхидрид во пиридин. Во добиениот дериват 200 Постојат два типа на заштитни групи, кои остро се разликуваат во нивните својства, особено во стабилноста во однос на киселинските реагенси. Затоа, конвертирање на овој производ во целниот триацетат 198 може да се изврши со висока селективност со хидролиза во малку кисела средина.
| Шема 2.89 |
Користејќи го разгледаниот пример, поучно е да се следат некои општи принципи за употреба на заштитни групи. Селективноста на крајниот резултат во прикажаната низа на трансформации се постигнува, од една страна, со селективноста на воведувањето на првата заштита, како поради нејзините својства, така и поради својствата на заштитената функција, а од друга страна, со селективност на отстранување на една од заштитите, само поради разликите во својствата на овие групи како такви. Така, селективноста на заштитата и селективноста на дезаштитата се контролирани од сосема различни фактори и затоа сочинуваат два моќни и независни начини за контрола на селективноста на целата синтеза.
Проблемот на селективна заштита на хидроксилната група се јавува исклучително често при целосна синтеза. Затоа е создаден многу софистициран систем на заштита за функцијата на алкохол буквално „за сите прилики“. Некои од најчесто користените заштити се прикажани на дијаграмот 2.90. Сите прикажани деривати се генерално доста вообичаени производи на трансформацијата на хидроксилната група: тоа се естри (201-203), ацетали (204, 205), етери (206-209) и силил етери (210, 211) . Подготовката на сите овие деривати се изведува според општата шема на електрофилна супституција на водородот од хидроксилната група, меѓутоа, методите за воведување специфични заштити се многу различни и ги опфаќаат и киселите, неутралните и алкалните региони. Леснотијата на реакцијата на воспоставување на една или друга заштита зависи од природата на алкохолниот хидроксил, т.е. од структурните карактеристики на фрагментот што го содржи супституентот на хидроксил. Така, на пример, релативната реактивност на алкохолите во таквите реакции може да се претстави со серијата: „-AlkOH > v/ao/>-A1UN > терт-МкОИ;екваторијален ROH > аксијален ROH. Со искористување на разликите во реактивноста на функциите на алкохолот, можно е доста суптилно да се разликуваат овие групи со селективно воведување соодветни заштитни средства.
Опсегот на услови под кои е стабилна заштитата на алкохолните хидроксили го опфаќа речиси целиот регион во кој може да се спроведат главните реакции што се користат во органската синтеза (освен за суперкиселински медиуми). Општо земено, етерите, ацеталите и кеталите се карактеризираат со висока стабилност кон базите и нуклеофилите, како и со оксидирачки и редукциони агенси; за естри - до електрофили и оксидирачки агенси и, во прилично широк опсег, до киселини; за силил етери - до оксидирачки и редукциони агенси и електрофили од некои видови. Затоа, за да се осигури безбедноста на групата алкохол во услови на речиси секоја реакција што се јавува со учество на други достапни функции, секогаш е можно да се избере некаква заштита од достапниот богат сет на опции.
| Шема 2.90 |
Условите за отстранување на наведените заштити се исто така многу разновидни: тоа се кисела или алкална солволиза, каталитичка хидрогенолиза, редукција со комплексни хидриди или алкални метали во течен амонијак и расцепување под влијание на специфични реагенси како што е, на пример, несоловен флуориден јон ( за деривати на силил) или триметилиодосилан (за метил естери, стабилен за повеќето други реагенси). Во секој тип на заштита има суптилни градации на отпорот во однос на условите под кои тие се отстрануваат. На пример, во групата на естри, отпорноста на алкална солволиза се зголемува во серијата: ChCCOO-R< C1CH 2 COO-R < CH 3 COO-R < C 6 H 5 COO-R < QHsNHCOO-R. Аналогично изменяется стабильность силиловых эфиров в условиях сольволиза в ряду: Me 3 Si-O-R < Me 3 CSi(Me 2)-О-R < МезС81(Рп 2)-О-R. Очень важной является возможность удаления силиль-ной группы при действии фторид-иона, что позволяет снимать эту группу, не затрагивая какие-либо другие защиты. В группе простых эфиров резко различными будут условия снятия защит при замене алкильной группы на ал-лильную, бензильную или тритильную. Так, удобным методом снятия ал-лильной защиты является двустадийная процедура: изомеризация в пропе-ниловый эфир под действием /я/>калиум e/r-бутилаг во апсолутен DMSO (или под дејство на комплекси на родиум) и хидролиза под малку кисели услови (види Шема 2.90). Бензилната група може да се отстрани или во неутрални услови со хидрогенолиза преку паладиум катализатор или со редукција на еден електрон со натриум во течен амонијак. Тритап и неговата блиска аналогна п-метокситритил заштита се многу слични по нивните својства, но тие се разликуваат толку многу во стапката на киселинска солволиза што отстранувањето на р-метокситритил групата додека се зачувува тритил групата не е посебен проблем.
Разновидноста на методи за заштита на хидроксилната функција, како и методите за отстранување на заштитните групи, е моќна алатка која во голема мера го олеснува решавањето на сите видови синтетички проблеми, на еден или друг начин поврзани со употребата на функциите на алкохол. Меѓу нив може да има не само задачи поврзани со селективно производство на одредени деривати во серија полихидроксилни соединенија, како што е, на пример, прикажано во Шемата 2.89. Во целосна синтеза, многу е важно да се користи систем за заштита конфигуриран на таков начин што ќе овозможи да се користи полифункционален претходник како подлога во низа од контролирани трансформации кои влијаат на овие функции една по друга.
Јасен пример за успехот на овој пристап - пристап кој е стратешки по своето значење - е синтезата на биолошки активниот природен дитерпеноид зоопатенол (212), спроведена од Николау и сор. . Ретросинтетичката анализа на оваа структура предложи расклопување на врските a, b и c, што овозможи да се изберат бромокетон 213 и триол 214 како главни синтетички блокови (шема 2.91). Официјалниот пат за синтеза на целниот производ од овие почетни, вклучувајќи низа од голем број трансформации, е исто така прикажан во Шемата 2.91 (ѕвездичките ги означуваат оние центри во реактантите кои учествуваат во формирањето на врски во секоја фаза).
Од гледна точка на целокупната стратегија, овој план изгледа доста убедлив, бидејќи вклучува релативно малку чекори, од кои секој вклучува употреба на добро познати реакции. Сепак, дури и со површна анализа, станува јасно дека е едноставно невозможно да се спроведе во претставената форма поради практично непремостливите пречки предизвикани од мултифункционалната природа на сите прикажани реактанти 213-218 во оваа хипотетичка низа. Така, на пример, иако формално е можно да се замисли формирање на C-C врска кога 215 се составува од прекурсори 213 и 214 според шемата за реакција на Грињард помеѓу алдехидот добиен со оксидација на 214 и органомагнезиумското соединение подготвено од бромид 213, невозможно е директно да се оксидира 214 до алдехидот потребната структура, како и да се добие Grignard реагенс од 213 (поради присуството на карбонилен електрофил во оваа молекула). Лесно е да се види дека спроведувањето на другите фази од прикажаната низа е подеднакво невозможно во реалноста, и покрај присуството на добро развиени методи за извршување на овие трансформации.
| Шема 2.91 |
Очигледно, би било апсолутно бесмислено да се обидеме да спроведеме барем една од фазите на овој план со подлоги 213-218. Сепак, всушност, синтезата на 212 беше успешно спроведена во целосна согласност со планот прикажан погоре и користејќи соединенија 213 и 214 како почетни материјали, кои, сепак, беа вклучени во синтетичкиот синџир во форма на заштитени деривати (види Шема 2,92).
Синтетичкиот еквивалент на триол 214 беше дериватот 219, во кој сите три хидрокси групи се заштитени различно. Селективно отстранување на тетрашдропиранилната заштита го ослободува саканиот примарен хидроксил, кој дополнително се оксидира до саканиот алдехид 220. Како што е наведено, кетобромидот 213 не може директно да се користи за подготовка на соодветниот реагенс Грињард. Сепак, нема ништо што може да ја спречи конверзијата на 213 во соодветниот кетал, од кој лесно може да се добие саканиот реагенс 221. реакцијата на добиената карбонилна група не претставува проблем. Производот 223 содржи две двојни врски, но само една од нив мора да се претвори во епоксид потребен за последователна конструкција на оксепанскиот прстен. За епоксидација на 223, не може да се користат најчесто користените реагенси за оваа намена, како што се перацидите, бидејќи тие првенствено ќе ја напаѓаат понуклеофилната трисупституирана двојна врска. Со цел да се обезбеди потребната оксидациска селективност, заштитата на силилот беше отстранета (со дејство на нерастворен флуор анјон), а добиениот алилен алкохол дополнително се оксидираше со терт-ВuUN - реагенс за селективна епоксидација на двојни врски во алилни алкохоли. Клучната фаза на целата синтеза, интрамолекуларната циклизација на епоксид 224 со формирање на седумчлен прстен, се одвива доста селективно, бидејќи секундарниот хидроксил, најопасниот конкурент на терциерната хидроксилна група што реагира, е сигурно заштитен. Производот за цикализација диол 225 дополнително беше претворен во кетон 226 со стандардна оксидација на делот 1,2-диол, по што беа потребни само неколку прилично тривијални трансформации за да се заврши синтезата на 212.
| Шема 2.92 |
Очигледно е дека успехот на целата синтеза беше одреден првенствено со внимателно обмислен избор на системот на заштитни групи во почетните соединенија. Навистина, присуството на три различни заштитни групи во 219, дериват на оригиналниот триол 214, овозможи да се отстрани секоја од нив токму во моментот кога беше неопходно да се изврши една или друга трансформација која селективно вклучува специфична хидроксилна функција, и поставувањето заштита на кетонската функција во бромид 213 обезбеди безбедносен кетонски фрагмент низ синтетичката низа. Вреди да се одбележи дека при синтезата на оваа мултифункционална целна структура, манипулациите со заштитните групи беа минимизирани и не беше потребно вклучување на помошни операции за поставување и отстранување на дополнителна заштита во која било фаза.
Досега зборувавме за заштитени соединенија како деривати кои обезбедуваат зачувување на одредена функција во услови на синтетички трансформации. Меѓутоа, често истата група може да послужи како заштитна во една серија реакции и функционална во друга. Некои примери кои ја илустрираат важноста на овој аспект од употребата на заштитни групи во синтезата ќе бидат разгледани подолу.
Можеби наједноставниот и најочигледниот е случајот со естерската заштита од групата на алкохол. Како што забележавме погоре, оваа заштита овозможува зачувување на функцијата на алкохолот во услови на реакции како што се оксидација или гликозилација. Сепак, не помалку важна синтетички е способноста на естерите, особено како што се трифлуороацетатите или трифлатите, да служат како активни електрофили во реакциите со карбанионските нуклеофили за да формираат C-C врска (види, на пример, Шема 2.79).
Друг класичен начин за заштита на алкохолите е нивно претворање во тритил етери. Најчесто, овој метод се користи за да се исклучи можноста за електрофилна замена на водород во соодветната хидроксилна група. Меѓутоа, во случај на секундарни алкохоли, транзицијата кон тритил групи значително го олеснува одвојувањето на хидридниот јон од фрагментот a-CH под дејство на специфични катализатори како што е тритил катјон, како резултат на што лесно може да дојде до диспропорција со формирање на кетонски фрагмент и трифенилметан . Шемата 2.93 покажува пример за користење на оваа карактеристика на тритил заштита за да се изврши селективна оксидација на секундарна група на алкохол во бифункционална подлога 227 .
| Шема 2.93 |
Добро е познато дека трансформацијата на алдехид карбонил во дитиоацетална функција ја обезбедува безбедноста на овој карбонил во услови на нуклеофилни реакции на додавање, оксидација или редукција на хидрид. Но, не помалку важен за синтезата е фактот што дитиоацеталите можат да послужат како пригодни прекурсори за создавање на соодветните карбанионски реагенси (под дејство на бази како што е бутиллитиумот), а во следниот дел ќе ги разгледаме подетално спецификите. од оваа примена на дитиоацетали.
Конверзијата на кетоните во кетали е традиционален метод за заштита на овој фрагмент во услови на редукција, особено корисен во случаи кога е можна селективна заштита кај една од карбонилните групи на подлогата. Така, монокетал 228 (шема 2.94) може лесно и селективно да се добие од соодветниот дикетон, бидејќи втората кетонска група (на C-17) во ова соединение е стерично попречена. Намалувањето на 228 со натриум борохидрид дава (по хидролиза на заштитната група) кетоалкохол 229 со речиси квантитативен принос - резултатот може да се каже дека е банален. Сепак, излегува дека при намалување на истата подлога 228, може да се обезбеди обратна региоселективност со истата комплетност, имено, ексклузивно намалување во центарот C-3. Овој парадоксален, на прв поглед, резултат се постигнува ако се изврши редукција со користење на дијодосилан, реагенс за специфичното расцепување и хидрогенолиза на групата диоксолан. Така, во реакцијата 228 → 230, кеталната група (само прикриен еквивалент на кето групата!) делува како функција со прилично необични својства.
| Шема 2.94 |
Меѓу дериватите на киселината, амидите заземаат посебно место поради нивната намалена електрофилност и, соодветно, зголемена стабилност во услови на методи кои обично се користат за разградување на други карбоксилни деривати. Меѓутоа, генерално, амидната заштита не се користи многу често во синтезата токму поради строгоста на условите потребни за регенерација на карбоксилната функција (види примери во делото). Сепак, со употребата на амиди беше можно значително да се поедностави решението на проблемите на селективност во реакцијата на Мајкл во серијата деривати на a,p-незаситените киселини. Така, познато е дека интеракцијата на естерите на таквите киселини со органомагнезиумските или литиумските соединенија обично доведува до формирање на мешавини од производи со 1,2- и 1,4-адиција. Во некои (но не сите!) случаи, проблемот со селективно производство на 1,4-аддукти може да се реши со употреба на купатни реагенси. Ситуацијата е многу поедноставена ако земеме диметиламиди како 231 (види дијаграм 2.95) како акцептори на Мајкл. Поради присуството на фрагментот на диметиламид, нападот на нуклеофилот врз карбонилниот јаглероден атом е целосно блокиран, а реакциите со органолитиумските реагенси од различна природа се одвиваат исклучиво како 1,4-додаток. Покрај тоа, карбанионскиот посредник формиран во првата фаза е доволно стабилен во услови на додавање на Мајкл, што овозможува дополнително да се воведе во реакции со широк опсег на електрофили и на тој начин да се добијат разновидни производи за додавање на C-нуклеофили и C-електрофили. кај двојната врска од типот на подлогата 231. Истиот резултат може да се постигне при работа со триметилхидразиди на киселини, како на пр 232 .
| Шема 2.95 |
Овој дел има наведено некои општи принципи за употреба на заштитни групи, со примери кои се однесуваат на хемијата на алкохолот и, во помала мера, на карбонилните групи. До денес, развиен е многу софистициран систем за заштита за речиси сите главни функционални групи, а интензивните истражувања во оваа област продолжуваат. Така, во првото издание на монографијата за заштитните групи (Зелена, Protective Groups in Chemistry, 1981) опишува приближно 500 различни заштити за пет типа на функционални групи. До објавувањето на второто издание на оваа монографија во 1991 година)