9.9有機合成入門

有機化学の研究により、学生は相互に関連するさまざまな反応にさらされます。たとえば、アルケンは構造的に類似したアルカン、アルコール、ハロゲン化アルキル、エポキシド、グリコール、ボランに変換される可能性があります。より小さなアルデヒド、ケトン、およびカルボン酸;そして、カルボカチオンおよびラジカル付加ならびにシクロ付加によって拡大されます。これらの生成物はすべて、その後、幅広い種類を組み込んだ多数の新しい化合物に変換される可能性があります。官能基のty、およびそれによってさらに詳細に開かれています。その結果、指定された出発物質から指定された化合物を構築するための多段階合成の論理的概念は、提起される可能性のある最も困難な問題の1つになります。

単純な反応の1つまたは2つの段階のシーケンスは、推測するのはそれほど難しくありません。たとえば、3-ヘキシンからメソ-3,4-ヘキサンジオールを調製するように求められた場合、ほとんどの学生は、グリコール形成を行う前に、アルキンをシスまたはトランス-3-ヘキセンに還元する必要があることを認識しています。シス-3-ヘキセンのペルマナガン酸または四酸化オスミウムのヒドロキシル化は、所望のメソ異性体を形成するであろう。トランス-3-ヘキセンから、最初に過酸でアルケンをエポキシ化し、次に水酸化物イオンで開環する必要があります。この例は、合成の一般的な機能を示しています。多くの場合、目的の製品につながる効果的な手順が複数あります。

多くのオプションを検討する必要があるため、より長い多段階合成には注意深い分析と検討が必要です。潜在的な動きの長距離の長所と短所を評価する専門家のチェスプレーヤーのように、化学者は、採用されている個々の反応のそれぞれを制約する範囲と制限に焦点を当て、さまざまな可能な反応経路の潜在的な成功を評価する必要があります。これは困難な作業になる可能性があり、そのスキルは経験によって習得され、多くの場合試行錯誤されます。

以下に示す3つの例は実例です。 1つ目は単純な官能基変換の問題で、最初は難しいように思われるかもしれません。このような問題を製品から始めて逆方向に処理すると役立つことがよくあります。この場合、シクロヘキサノンは単純な酸化によって製造できるため、シクロヘキサノールをシクロヘキサノンの代わりに使用できることは明らかです。また、シクロヘキサン（および一般にアルカン）は比較的非反応性であるため、臭素化（または塩素化）は明らかな最初のステップのように思われます。この時点で、水酸化物イオンとのSN2反応によってブロモシクロヘキサンをシクロヘキサノールに変換しようとします。この反応は間違いなくE2の脱離を伴うため、1ステップ長くなりますが、最初にシクロヘキセンを作成し、次に図をクリックして示す方法を含むいくつかの方法（オキシ水銀化やヒドロホウ素化など）のいずれかで水和する方がクリーンです

回答

2番目と3番目の問題のもっともらしい解決策も上に表示されますこの時点で。問題2では、目的の生成物には7つの炭素原子があり、出発物質には4つの炭素原子があります。明らかに、出発化合物に由来する2つの中間体を結合する必要があり、この結合が行われる前または後に1つの炭素が失われる必要があります。製品の3º-アルコール機能は、ケトンへのグリニャール付加による形成を示唆しており、示されているように、イソブテンはこれらの各反応物の優れた前駆体であるように見えます。 3番目の問題の反応物と生成物の化合物は異性体ですが、この構造変化が発生するには、ある種の結合切断と結合形成のシーケンスが明らかに必要です。考えられる手順の1つを上に示します。酸触媒によるシクロヘキセンオキシドの転位とそれに続く還元も役立つ可能性があります。

ターゲット分子から開始して、より単純な出発物質に向かって逆方向に作業する便利なアプローチは、E。J。Corey教授（ハーバード）によって形式化され、逆合成分析と呼ばれています。この手順では、選択した炭素-炭素結合を切断することにより、ターゲット分子が徐々に単純な構造に変換されます。これらの切断は、もっともらしい合成構造の逆である変換に基づいています。そのように生成されたそれぞれのより単純な構造は、さらなる切断の開始点になり、相互に関連する中間体の分岐セットにつながります。逆合成変換は、前の例で以下に示すように、= >記号で表されます2 & 3。完全な分析が実行されたら、変換の基礎となる反応を適用することにより、目的の合成を実行できます。

上の図は、これらのターゲットの変換の完全なセットを提供していません。化合物。上記の問題のように出発材料を指定する場合、提案された経路はその制約を反映する必要があります。したがって、実施例２の４－メチル－２－ペンタノンおよび３－メチルブチレートエステルの選択肢は、完全に合理的であるが、ｔｅｒｔ－ブタノールの出発点にはうまく適合しない。同様に、シクロペンチル中間体は、例3の製品への優れたルートを提供する可能性がありますが、問題の特定の条件を満たしていません。

逆合成分析は、出発物質の制約なしに比較的複雑な分子を検討する場合に特に役立ちます。偏見なく行われると、異常で興味をそそる可能性が現れることがあります。残念ながら、分子の複雑さ（サイズ、機能性、ヘテロ原子の取り込み、環状接続性、および立体異性で構成される）は、一般に、非常に大きく、広範囲に分岐した変換ツリーにつながります。コンピューター支援分析は有用であることが証明されていますが、最終的には、化学者の本能と経験が、合成計画を成功させる上で重要な役割を果たします。いくつかの比較的単純な例を以下に示します。ほとんどの場合、出発材料の制限があります。