НАРАЩИВАНИЕ УГЛЕРОДНОЙ ЦЕПИ

При синтезе соединения, содержащего большее число атомов углерода, чем исходное вещество, следует воспользоваться реакциями, в которых молекула исходного соединения усложняется на один атом или группу атомов углерода. Решая вопрос о том, сколько атомов углерода можно одновременно вводить в молекулу и какими путями построения углеродной цепи воспользоваться, удобно прибегнуть к методу «фрагментации».

Например, мы хотим синтезировать бутанон-2 (метил-этил кетон) из этанола. Планируя

синтез в обратном порядке, попытаемся представить себе те фрагменты, т. е. группы атомов углерода, которые могут быть использованы для построения заданной четырехуглеродной цепи с функциональной группой у второго атома углерода. Ниже приводится несколько возможных наборов фрагментов:

Следует учитывать, что функциональная группа в целевом соединении находится не у концевого атома углерода.

Теперь вопрос ставится так: с помощью каких реакций можно связать молекулы, соответствующие этим фрагментам, чтобы получить метилэтилкетон или соединение, легко превращаемое в этот кетон? Здесь нужно использовать знание обычных органических реакций. Применив известные методы получения кетонов для первого набора фрагментов получим следующие возможные реакции:

Каждая из этих реакций представляет собой взаимодействие этилмагнийгалогенида с соединением, содержащим два атома углерода.

Далее нужно решить, насколько легко можно перейти от исходного вещества (этанола) к любому из названных двууглеродных соединений. Ацетальдегид получают из этанола в одну стадию:

Хлористый ацетил синтезируют в две стадии:

Однако ацетонитрил, необходимый для осуществления реакции получается, исходя из этилового спирта или из неорганических веществ, не менее чем в 3—4 стадии:

или

или

Итак, выгоднее всего в качестве одного из возможных двууглеродных фрагментов вводить в реакцию уксусный альдегид или хлористый ацетил. Поскольку путь, предусматривающий использование уксусного альдегида, дает лучший выход (в случае хлористого ацетила реакция осложняется побочными процессами), желательно применять альдегид. Оба пути состоят из одинакового числа стадий.

Для второго набора фрагментов необходимо, по-видимому, сначала построить трехуглеродный фрагмент из исходного этанола. Синтез только

одноуглеродного фрагмента из этанола потребует по меньшей мере трех стадий, как было показано выше при получении ацетонитрила. Поскольку имеется достаточно удобный трехстадийный путь синтеза целевого соединения по первому варианту нет необходимости обсуждать далее второй вариант.

Те же соображения относятся и к третьему набору фрагментов так как он содержит два одноуглеродных компонента.

Приняв решение использовать путь необходимо обсудить, как можно синтезировать реагент Гриньяра и ацетальдегид. Альдегид получаем дегидрированием спирта, который по условию задачи имеется в готовом виде.

Реактив Гриньяра готовят из магния и бромистого этила. Последний можно получить следующим образом:

Хлористый этил, который также можно было бы применить для получения реактива Гриньяра, — газ и поэтому неудобен в работе.

И наконец, завершив составление схемы синтеза в обратном порядке с использованием метода фрагментации, напишем общую схему в обычном виде, начиная с исходного вещества.

1. Получение реактива Гриньяра:

2. Получение альдегида:

3. Реакция реактива Гриньяра с альдегидом:

4. Дегидрирование спирта:

Выбранный нами наиболее выгодный путь синтеза бутанона-2 из этанола не является единственно приемлемым. Имеются и другие пути, которые также находят применение.

Схема 1 :

Схема 2 :

Схема 3

Возможен, хотя практически не используется, и другой путь синтеза на основе варианта

В табл. 1 приведены реакции, обычно используемые для наращивания углеродной цепи молекулы на один или несколько атомов углерода. Перечень этих реакций, конечно, не является исчерпывающим.

Таблица 1 (см. скан) Методы наращивания углеродной цепи

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)