Глава 10. ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

ЦЕЛИ ИЗУЧЕНИЯ

1. Научиться использовать знания о многочисленных реакциях при решении вопросов, связанных как с отдельными превращениями, так и с проблемой синтеза.

2. Познакомиться со стратегией решения синтетических проблем и понять логику, которой руководствуется химик-синтетик, планируя органический синтез.

3. Развить навык решения различных задач. Этот навык необходим не только в химии, но и во многих других областях деятельности.

В гл. 2 уже шла речь о роли органического синтеза в получении новых веществ. В следующих главах приводились некоторые реакции и последовательности реакций, которые используются для получения различных полезных веществ.

Теперь мы сделаем перерыв в изучении новых реакций и обстоятельно поговорим о планировании органического синтеза, т. е. о составлении последовательностей реакций, позволяющих перейти от одного вещества к другому. Для развития навыков в этой области читателю будет предложено играть роль химика, занятого решением вопроса о том, как получить необходимое вещество.

На данном этапе мы не будем останавливаться на технических деталях, таких, как температура, растворитель, концентрация реагентов. Мы не будем также заниматься вопросами очистки получающихся веществ и оптимизации выходов продуктов реакции. Все наше внимание будет сосредоточено на соединении нескольких реакций в последовательность шагов, которая позволит получить желаемое вещество. В то же время в тех случаях, когда имеется выбор между двумя методами, один из которых дает смесь продуктов реакции, а второй - чистое вещество, мы будем предпочитать последний, дабы избежать стадии разделения веществ.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

В этом разделе мы обратимся к классификации уже знакомых нам реакций. Обычно химики-органики заинтересованы в решении одной из следующих задач.

1. Построение углеродного скелета.

2. Введение функциональных групп в алканы или ароматические углеводороды.

3. Удаление функциональных групп.

4. Изменение природы функциональных групп.

Построение углеродного скелета

Ниже перечислены уже известные нам пути построения нового углеродного скелета. Они разбиты на две группы.

1, Добавление одного углеродного атома:

Образуются только первичные спирты.

Образуются нитрилы и кислоты.

Образуются кислоты.

2. Соединение двух углеродных цепей:

а) Реакция Вюрца:

Применяется только для синтеза симметричных алканов.

б) Реакция Корна - Хауса (см. гл. 3):

Образуются алканы.

в) Реакция Виттига:

Универцальный метод синтеза алкенов.

г) Альдольная конденсация (см. гл. 8) — метод синтеза непредельных альдегидов и кетонов, которые широко используются в синтезе.

Метод синтеза алкинов, которые могут быть легко превращены во многие другие вещества.

е) Реакция реактивов Гриньяра с альдегидами и кетонами, приводящая к образованию практически любых вторичных и третичных спиртов (гл. 7 и 8).

ж) Алкилирование и ацилирование по Фриделю - Крафтсу. Позволяет вводить в ароматическое кольцо углеродсодержащие заместители разной природы.

Введение функциональных групп

Вы знаете только один способ введения функциональной группы в молекулу алкана. Это - свободнорадикальное галогенирование. Горе, ние и крекинг не применяются в синтезе, а галогенирование является одной из полезных в синтезе реакций. Обычно бромирование предпочитают хлорированию, так как бромирование более селективно и позволяет получать чистые вторичные и третичные бромиды (см, гл. 3 и 5)

Для введения функциональной группы в ароматическое кольцо обычно применяют нитрование, так как нитрогруппа может быть затем превращена в другие группы:

Удаление функциональных групп

Мы обсуждали уже несколько путей удаления функциональных групп из различных соединений.

1. Из спиртов:

2. Превращение алкенов и алкинов в алканы в результате гидрирования.

3. Из галогеналканов:

4. Из альдегидов и кетонов:

Изменение природы функциональных групп

Способов превращения одной функциональной группы в существует очень много. Большинство изученных нами реакции относится именно к этой группе. Перечислить их все нет никакой

возможности, поэтому упомянем некоторые часто применяемые последовательности реакций:

(см. скан)