Szerves kémiai szintézismódszerek

Átírás

1 Szerves kémiai szintézismódszerek. Bevezetés Kovács Lajos

2 Problémafelvetés Egy szintézis akkor jó, ha... a legjobb hozamban a legkevesebb lépésben a legszelektívebben a legolcsóbban a legflexibilisebben lehet megvalósítani A szerves szintézisek célja a szerves kémia ismeretanyagának újratárgyalása egyetlen szempont alapján: hogyan lehet szerves vegyületeket előállítani? A

3 Lineáris szintézisek Szintézisfajták A B K... Konvergens szintézisek A B G I... Divergens szintézisek A B K... Párhuzamos szintézisek A B... K A B... K A B... K P L M P Z... Y K = Πy i Y P = Πy l (y m )y n... l,m,n...< i Y L = Πy i,l Y M = Πy i,m! Y Z = Πy i,z Y K = Πy i,k Y K = Πy i,k!

4 ozamok. A 80% B AB 80% AB 80% D ABD 80% E ABDE 80% F ABDEF 80% G ABDEFG 80% ABDEFG A Lineáris szintézis = % Összhozam (%) Konvergens szintézis Lépések száma (i) B D E F G 80% 80% 80% 80% AB D EF G 80% 80% ABD 80% ABDEFG EFG Lépésenkénti hozam (%) = 5 %

5 ozamok.

6 ozamok. a lehet, kerüljük a lineáris szintézist a ez nem lehetséges, akkor törekedjünk a legrövidebb szintézisútra igyekezzünk a legjobb hozamú reakciókat alkalmazni A konvergens szintézis hatékonyabb, de nem mindig alkalmazható Szinte mindegyik szintézistípus tartalmaz lineáris elemeket

7 Termodinamikai fogalmak. Szabadentalpia és reakcióhő G = - T S () G < 0 esetben a reakció végbemehet G = - RTlnK () AWB (T=98 K) 6 W 4 + G = + 0 kj/mol K = 0-7 mol (5 ) f = + 06 kj/mol (átlagos kötési energiákból számítva); kj/mol (kísérleti érték) K G (kj/mol) B, % A, %

8 Termodinamikai fogalmak. Entrópia S = S trans + S rot + S vib 4 : S E trans = 44 J/mol*K; S E rot = J/mol*K A W B + 4 W + E = + 67 kj/mol T S (5 ) = 5 kj/mol; S trans =7 J/mol*K, S rot, S vib kicsi T S (000 ) = 90 kj/mol; S trans ~50 J/mol*K A + B W + D + W + S trans = J/mol*K, T S (5 ) =.4 kj/mol

9 A W B Termodinamikai fogalmak. Entrópia S elhanyagolható K=0-7 ( G) ~ 9.9 kj/mol >99% 0-5 % 8% 9 % 84 % 6 % K=.5 ( G) ~ -6.6 kj/mol -kötés ~5kJ/mol tisztán K=0.9 vizes oldatban

10 Termodinamikai fogalmak 4. Kinetikus és termodinamikus kontroll S E B G B G A reakciókoordináta E G B B G A reakciókoordináta 80 cc. S 4 60 S k k k - k - k =6M - s - k =0.7M - s - K - = k - k =.4*0 7 K - = k - k =7.6*0 4 ( G)= ( G - G )=9.6kJ/mol

11 Elektronáramlások Minden kémiai átalakulás a külső elektronok (vegyértékelektronok és nemkötő elektronok) átrendeződése az atomtörzsek között e e helyes helytelen helyes e: 4 e: 8 e: R R xe: Ac Ac R R R R 4 R R R R 4 Ac Ac Ac Ac Ac Ac

12 A kémiai reaktivitás értelmezése A Lapworth-Evans modell: a molekulák, mint ionok aggregátumai Egyes fizikai tulajdonságok (op., fp., moláris térfogat, sűrűség, viszkozitás) a szénatomszám függvényében úgy változnak, hogy páros és páratlan sorozatok különíthetők el (uy, 90) A kémiai reaktivitásban is megfigyelhetők a páros és páratlan szénatomok közötti különbségek (Lapworth, 90; Evans, 97) 00 u β ipso α u: u u

13 A Lapworth-Evans model. Váltakozó polaritások a szerves vegyületekben :B - E + β α γ ipso Arthur Lapworth (87-94) u - A funkciós csoportok osztályozása Evans szerint (csak a heteroatom jelenti a funkciós csoportot): E: az ipso-atomnak elektrofil jelleget biztosító csoportok (G): az ipso-atomnak nukleofil jelleget biztosító csoportok A: az ipso-atomnak ambivalens jelleget biztosító csoportok David A. Evans (94- ) -E -, -R = -R,=R -X -G alkálifémek alkáliföldfémek -AlR,-SiR (±) -A -, =, =R, =,, - + R -SR, -S() x R, -S + R,-PR,-P()R,-P + R -BR,=R, R

14 A Lapworth-Evans model. Példák l Ms Mgl Li Br

15 A Lapworth-Evans model. Két funkciós csoport jelenléte: konszonáns () és disszonáns (D) viszonyok,-,5- E E E' E' l Me Me R -gyűrűk E E E',-D,-D E,4-D G Li E l (±) (±) E R E' E

16 A Lapworth-Evans model 4. Két funkciós csoport jelenléte: konszonáns () és disszonáns (D) viszonyok.,-d (,4-D) D-gyűrűk E E' (±) E E (±) Általánosítva: szerkezet n páros n páratlan E () n E' G () n G' E () n G n n E E' D D D D D

17 Retroszintetikus elemzések. A B A B szintézis reakciók célvegyület:,5- difenil-pentán--ol 4 5 retroszintézis szétkapcsolások (disconnections) a b szintonok reagensek? Br BrMg szinton = szintetikus ekvivalens

18 Retroszintetikus elemzések a b?? MgBr BrMg 4 5 ox. FGI funkciós csoportok átalakítása (functional group interconversion, FGI) Br

19 ox. FGI Liu FGI Liu() Retroszintetikus elemzések.

20 Retroszintetikus elemzések 4. Melyik a legjobb módszer? 4 5 MgBr BrMg BrMg FGI Me + + Br Liu( ) + Liu()

21 éhány egyszerű szinton és a megfelelő reagensek Szinton Reagens R RBr, RI, RMs, RTs (R = alkil, nem aril) R R R R R R R R R RMgBr, RLi, LiuR R R R Et Et Et Et Et

22 Feladatok. ogyan értelmezhetők elektronáramlások segítségével az alábbi reakciók? F. Me Me F. F. F.4 R'' R'' R R' R'' R R' R R' R R' R'' R + R'' R'

23 Feladatok. ogyan lehet előállítani az alábbi anyagokat? F.5 F.6 5 fenacetin gyulladásgátló 4 9 fenilbutazon gyulladásgátló F.7 F.8 ( 5 ) lidokain fájdalomcsillapító 5

24 Ajánlott olvasmányok J. R. anson (00): rganic synthetic methods. Royal Society of hemistry, ambridge. 75 pages. pp. -9 F. Serratosa (990): rganic chemistry in action. The design of organic synthesis. (Studies in rganic hemistry, 4.) Elsevier, Amsterdam. 95 pages. pp Willis, M. Wills (995): rganic synthesis. (Series Ed: S. G. Davies. xford hemistry Primers,.) xford University Press, xford. 9 pages. pp. -4. R. K. Mackie, D. M. Smith (986): Szerves kémiai szintézisek. űszaki M Könyvkiadó, Budapest. 57 o. R... orman, J. M. oxon (99): Principles of organic synthesis. rd ed. Blackie Academic and Professional, London. 8 pages D. P. Weeks (976): Electron movement. A guide for students of organic chemistry. W. B. Saunders, iladelphia. pages.