Планирование многостадийных синтезов./ Органическая химия

Введение

            Основной задачей органической химии является синтез тех или иных соединений с заданной структурой. Очевидно, что возможно существование огромного множества органических соединений, различающихся числом и порядком связи атомов, входящих в состав молекулы, топологией и пространственным (трехмерным) строением молекулы. Естественно, что создание данной молекулы из нескольких простых фрагментов в одну стадию - задача нереальная. Поэтому перед химиком-синтетиком постоянно возникают задачи планирования многостадийных синтезов.

В случае относительно простых соединений, например, соединения (1), предложить схему синтеза достаточно легко, не прибегая к каким-либо специальным логическим приемам (если на конце связи не изображен какой-либо атом или группа атомов, подразумевается, что там находится группа СН₃.)

Синтез [1]

Однако, планирование синтеза такого соединения, как (2), потребует значительных интеллектуальных усилий

Очевидно, синтезировать цедрол (2) гораздо труднее, чем терпинеол (1). Трудности вызваны более сложным строением молекулы (2). Иными словами, соединение (2) имеет большую молекулярную сложность по сравнению с (1).

Молекулярная сложность возрастает при наличии колец, ответвлений, асимметрических атомов углерода и т.п. В настоящее время в руках химика-синтетика имеется большой арсенал известных реакций, которые можно использовать для создания тех или иных элементов сложной структуры. Вопрос заключается в том, как наиболее рационально использовать этот арсенал. Как правило, решение представляет собой "цепочку" превращений, состоящую из промежуточных веществ (А, В, ...), соединенных определенными реакциями. Итогом этой цепочки превращений является целевая молекула (обозначается ТМ от англ. target molecule).

Молекула вещества, которое надо синтезировать, называется целевой молекулой (ТМ).

Обычно к данной ТМ можно прийти не одним способом, а несколькими. Поэтому в процессе планирования синтеза приходится анализировать несколько "цепочек синтеза". Выбор оптимального пути синтеза определяется числом стадий, доступностью исходных соединений и реагентов, простотой проведения реакций, легкостью выделения продуктов и их выходами.

До начала 1970-х годов химики при планировании синтеза использовали мнемонические ассоциации. При этом определяющим моментом было распознавание сходства между каким-либо ключевым фрагментом структуры, которую надо было создать, и структурой известного или потенциально доступного соединения.

Начиная с середины 1960-х годов, был разработан систематический подход к планированию синтеза [2]. Он включает, в первую очередь, анализ особенностей структуры ТМ и последующие манипуляции со структурами в направлении, обратном синтезу. Такой подход получил название "ретросинтетический анализ"(Употребляется также термин "антитетический" (antithetic, т.е. противоположный синтетическому) анализ [3]). Основоположником его является американский химик, лауреат Нобелевской премии 1990 г Илиас Джеймс Кори. Идеи И. Кори [2,3] были восприняты и развиты многими химиками. Важную роль в популяризации подхода И. Кори сыграли монографии Стьюарта Уоррена [4].