Chemoselektyvumas, apsauginės grupės ir stereocheminė strategija

Chemoselektyvumas: skirtingų funkcinių grupių palyginimas

Molekulė gali turėti daugiau nei vieną reaktyvią funkcinę grupę. Chemoselektyvumas nusako pirmenybę vienai iš šių skirtingų funkcinių grupių vykstant nurodytai transformacijai. Regioselektyvumas susijęs su skirtingomis reakcijos vietomis, o stereoselektyvumas – su susidarančiais stereoizomerais. Sėkmingame plane turi būti įvardyta, ką reikia palyginti kiekviename etape.

Pirmenybė konkrečiai grupei priklauso nuo konkrečios molekulės, reaktyviųjų dalelių ir terpės. Reagento pavadinimas ar kokybinis reaktyvumo sąrašas neįrodo, kad visos kitos grupės išliks nepakitusios. Patikrinkite, ar numatytas pokytis ir vėlesni etapai suderinami su likusia tikslinės molekulės struktūra.

Apsauga kelia dvi planavimo pareigas

Apsauginė grupė laikinai pakeičia trukdančią funkcinę grupę, o vėliau pašalinama, kad būtų atkurta reikiama tikslinė funkcinė grupė. Ir prijungimas, ir pašalinimas yra transformacijos, per kurias gali būti prarandama medžiaga, prireikti pagalbinių medžiagų, pakisti konfigūracija ar kitos molekulės vietos. Apsauga naudinga tik tada, jei ji išlieka per tarpinę operaciją ir gali būti pašalinta nepažeidžiant likusios struktūros.

Išgalvotame būsenos žymų galvosūkyje pradinis objektas turi laisvą OH grupę ir karbonilo grupę. Pagal sąlygą norimai operacijai būtina, kad OH grupė būtų apsaugota, o karbonilo grupė išlikusi; ši operacija pakeičia karbonilo grupę ir pažymi, kad norimas pokytis atliktas. Pagal sąlygą apsaugai pašalinti būtina, kad norimas pokytis jau būtų atliktas. Šias taisykles tenkina tik seka: apsaugoti → atlikti norimą pokytį → pašalinti apsaugą. Žymos aprašo loginį galvosūkį, o ne tikrą apsauginę grupę ar bendrą suderinamumo lentelę.

Į išeigą įtraukite apsaugą ir jos pašalinimą

Atskirame išgalvotame palyginime, atliekamame vienodu pagrindu, apsauginės grupės prijungimo išeiga 0.950, norimo pokyčio išeiga 0.900 ir apsauginės grupės pašalinimo išeiga 0.920 duoda bendrąją dalį 0.7866. Pagal sąlygą tiesioginio sintezės kelio dalis yra 0.650. Taigi, esant šioms pradinėms reikšmėms, sintezės kelias su apsauga duoda didesnę medžiagos kiekio išeigą, nors jam reikia papildomų operacijų.

Jei dviejų papildomų etapų išeigos nekinta, norimo pokyčio išeiga turi viršyti 0.650/(0.950× 0.920)≈ 0.743707, kad pagal šį rodiklį būtų pranoktas tiesioginis sintezės kelias. Taip pat reikia palyginti realų suderinamumą, medžiagų naudojimą, energiją, sąnaudas, neapibrėžtį ir konfigūracijos kontrolę. Didesnė medžiagos kiekio išeiga šiame supaprastintame pavyzdyje neįrodo, kad sintezės kelias visais atvejais yra geresnis ar saugesnis.

Vieno produkto vyravimas nėra visiška konversija

Hipotetiniame medžiagų balanse, kuriame stechiometrinis santykis yra vienas su vienu, pradinis kiekis yra 0.0120 mol, nesureagavęs kiekis – 0.00240 mol, norimo produkto kiekis – 0.00864 mol, o nepageidaujamo produkto kiekis – 0.000960 mol, konversija yra 80.0%. Tarp dviejų nurodytų produktų klasių norimo produkto kiekis / (norimo produkto kiekis + nepageidaujamo produkto kiekis) = 90.0%. Norimo produkto kiekis pradinio substrato kiekio atžvilgiu yra 72.0%.

Šiame supaprastintame modelyje dvi produktų klasės priskiriamos konkuruojantiems funkcinių grupių pokyčiams. Nurodyta dalis yra sąlyginis palyginimas su aiškiai apibrėžtu vardikliu, o ne universalus skaitinis chemoselektyvumo apibrėžimas. Jei būtų papildomų produktų, nevienoda stechiometrija ar kiekybiškai neįvertintos medžiagos, reikėtų platesnio medžiagų balanso.

Konfigūracijai taikomi atskiri tapatybės ir išeigos reikalavimai

Jei hipotetinį produktą sudaro enantiomerų pora, kurios dalys yra 0.950 ir 0.050, vyraujančio ir mažesnę dalį sudarančio enantiomerų santykis yra 19:1, o enantiomerinis perteklius – 90.0%. Jei bendra produkto kiekio išeiga pradinio kiekio atžvilgiu yra 80.0%, vyraujančio enantiomero kiekio išeiga yra 0.950× 0.800=0.760, arba 76.0%. Šių trijų dydžių vardikliai skiriasi.

Iš šių kiekių negalima nustatyti nei absoliučiosios konfigūracijos, nei optinio sukimo ženklo. Vien didelis enantiomerinis perteklius taip pat nepatvirtina stereospecifiškumo: jam nustatyti reikia ryšio tarp pradinių konfigūracijų ir susidarančių produktų. Sintezės plane turėtų būti išlaikoma konfigūracijos tapatybė jos susidarymo, vėlesnių virsmų, bet kokio atskyrimo ir galutinio patikrinimo etapuose.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Kokios alternatyvos čia lyginamos vertinant chemoselektyvumą?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Skirtingos funkcinės grupės nurodytoje transformacijoje.

   Reakcijos vietos ir stereoizomeriniai produktai lyginami vertinant kitų rūšių selektyvumą.

2. Ar galima apsauginių grupių naudojimo plane neatsižvelgti į jų pašalinimo sąlygų suderinamumą ir vis tiek pagrįsti galutinio tikslinio junginio sintezės kelią?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Reikiama funkcinė grupė turi būti atkurta be nesuderinamų pokyčių, o pašalinant apsaugines grupes taip pat prarandama medžiagos.

3. Ar 95.0% pagrindinio enantiomero dalis yra tas pats, kas 95.0% ee?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Nurodytos 95:5 poros ee yra 90.0%.

4. Ar didesnė supaprastinto modelio sintezės su apsauga išeiga patvirtina, kad praktinis sintezės kelias daro mažesnį poveikį?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Suderinamumas, ištekliai, pavojai ir kitas poveikis nebuvo kiekybiškai įvertinti.

Ką verta įsidėmėti

• Nurodykite lyginamas funkcines grupes.
• Patikrinkite laikinos apsaugos įvedimą, išlikimą ir pašalinimą.
• Įtraukite kiekvienos operacijos nuostolius, apskaičiuotus tuo pačiu pagrindu.
• Atskirkite sąlygines produktų dalis nuo konversijos ir išeigos.
• Visame plane išlaikykite konfigūracijos tapatumą.