Synthon - Synthon

Для голландской фармацевтической компании см. Synthon (компания).

В ретросинтетический анализ, а синтон гипотетическая единица внутри цели молекула который представляет собой потенциальный стартовый реагент в ретроактивном синтезе этой целевой молекулы. Термин был введен в обращение в 1967 г. Э. Дж. Кори.[1] В 1988 г. он отметил, что слово синтон теперь стало использоваться для обозначения синтетического структурный элемент а не ретросинтетические фрагментарные структуры ".[2]Отмечено в 1998 г.[3] что эта фраза не очень заметно фигурировала в книге Кори 1981 года Логика химического синтеза,[4] поскольку он не был включен в индекс. Поскольку синтоны заряжены, при их включении в синтез нейтральная форма обнаруживается коммерчески вместо образования и использования потенциально очень нестабильных заряженных синтонов.

Пример

Ретросинтетический анализ фенилуксусной кислоты

Планируя синтез фенилуксусная кислота, идентифицированы два синтона: нуклеофильный "COOH−«группа» и «электрофильный» PhCH2+"группа. Конечно, оба синтона не существуют как таковые; синтетические эквиваленты, соответствующие синтонам, вступают в реакцию с образованием желаемого реагента. В этом случае цианид анион синтетический эквивалент COOH− синтон, а бензилбромид синтетический эквивалент бензилсинтона.

Таким образом, синтез фенилуксусной кислоты, определенный ретросинтетическим анализом:

PhCH2Br + NaCN → PhCH2CN + NaBr
PhCH2CN + 2 H2O → PhCH2COOH + NH3
Синтез фенилуксусной кислоты english.svg

Альтернативное использование в синтетических олигонуклеотидах

Этот термин также используется в области синтеза генов - например, «синтетический 40-базовый олигонуклеотиды встроены в синтоны от 500 до 800 пар оснований ".[5]

Карбанионные синтоны

Сравнение ретросинтетического анализа и химического синтеза для алкилирования сложного эфира

В 1967 г. Э. Дж. Кори представил концепцию синтона в ретросинтетический анализ.[1] Планирование этапов синтеза сложных молекул требует распознавания ключевых синтонов и определения того, как их можно собрать в желаемый продукт.[6] Во многих случаях разрыва ретросинтетических связей связь разрывается гетеролитически, а не гомолитически, образуя карбокатионит и карбанионный синтон. Большинство реакций полярного механизма, будь то нуклеофильные смещения, 1,2-карбонильные присоединения, реакции Михаэля или другие процессы, включают слияние нуклеофильный фрагмент и электрофильный фрагмент.

Химикам-органикам доступно большое количество карбанионных синтонов для построения сложных молекул. К ним относятся енолаты, металлоорганические соединения, ацетилиды, малонаты и карбанионы, образующиеся in situ после добавления к олефинам. Пример карбанионного синтона для енолята сложного эфира показан на фиг. 1. Альфа-углерод-углеродная связь с карбонилом обычно может быть разъединена с енолятным эквивалентом и углеродным электрофилом. В этом случае енолят получают путем прямого депротонирования субстрата с диизопропиламид лития (LDA) база. Электрофил - это йодистый метил.

Поскольку синтоны представляют собой идеализированные структуры, часто бывает трудно найти эквивалентные химические соединения в реальном мире. Многие карбанионные синтоны, как показано, представляют проблемы стабильности, которые делают существование молекулы в реальности невозможным. Например, ацильные анионы не являются стабильными частицами, но синтон ацильного аниона может использоваться для обозначения таких реагентов, как литиированные дитианы, которые являются нуклеофильными и часто используются в умполунг химия.[7]

Карбокатионные синтоны

Рис.1: Стратегическое отключение на пути к хмелевому эфиру

Многие ретросинтетические разъединения, важные для планирования органического синтеза, используют карбокатион. синтоны. Например, углерод-углеродные связи существуют повсеместно в органических молекулах и обычно разрываются во время ретросинтетический анализ с образованием карбокатионных и карбанионных синтонов. Связи углерод-гетероатом, такие как находящиеся в алкилгалогенидах, спиртах и ​​амидах, также можно проследить ретросинтетически в обратном направлении до разрыва полярных связей C-X, приводящего к карбокатиону на углероде. Ионы оксония и ацилия являются карбокатионными синтонами для карбонильных соединений, таких как кетоны, альдегиды и производные карбоновых кислот. An оксоний -тип синтона использовался в разъединении на пути к хмелевому эфиру,[8] ключевой компонент пива (см. рис.1). В прямом направлении исследователи использовали внутримолекулярный альдольная реакция катализируется тетрахлорид титана сформировать тетрагидрофуран кольцо эфира хмеля.

Еще одно распространенное отключение с карбокатионным синтоны это Реакция Пикте-Шпенглера. Механизм реакции включает атаку пи-связи С-С на иминиевый ион, обычно образующийся in situ в результате конденсации амина и альдегида. В Пикте-Шпенглер реакция широко использовалась для синтеза многих индол и изохинолин алкалоиды.[9]

Рис. 2: Отключение Пикте-Шпенглера.

Карбанион Алкилирование - это обычная стратегия, используемая для создания углерод-углеродных связей. Алкилирующий агент обычно представляет собой алкилгалогенид или эквивалентное соединение с хорошей уходящей группой на углероде. Аллилгалогениды особенно привлекательны для Sn2 реакции типа из-за повышенной реакционной способности, добавленной аллильной системой. Целестолид (4-ацетил-6-трет-бутил-1,1-диметилиндан, компонент мускусных духов) может быть синтезирован с использованием алкилирования бензил-аниона с 3-хлор-2-метил-1-пропеном в качестве промежуточной стадии.[10] Синтез довольно прост и адаптирован для учебных целей в студенческой лаборатории.

Рекомендации

  1. ^ а б Э. Дж. Кори (1967). «Общие методы построения сложных молекул» (PDF). Чистая и прикладная химия. 14: 30–37. Дои:10.1351 / pac196714010019.
  2. ^ Э. Дж. Кори (1988). «Лекция Роберта Робинсона. Ретросинтетическое мышление - основы и примеры». Chem. Soc. Rev. 17: 111–133. Дои:10.1039 / CS9881700111.
  3. ^ В. А. Смит, А. Ф. Бучков, Р. Копл ​​(1998). Органический синтез, наука, лежащая в основе искусства. Королевское химическое общество. ISBN  0-85404-544-9.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  4. ^ Элиас Джеймс Кори; Сюэ-Мин Чэн (1995). Логика химического синтеза. Wiley-Interscience. ISBN  0-471-11594-0.
  5. ^ Сара Дж. Кодумал; Кедар Г. Патель; Ральф Рид; Хьюго Г. Менцелла; Марк Уэлч и Дэниел В. Санти (2 ноября 2004 г.). «Полный синтез длинных последовательностей ДНК: Синтез непрерывного кластера генов поликетидсинтазы размером 32 т.п.н.». PNAS. 101 (44): 15573–15578. Bibcode:2004ПНАС..10115573К. Дои:10.1073 / pnas.0406911101. ЧВК  524854. PMID  15496466.
  6. ^ Кори Э (1988). «Лекция Роберта Робинсона. Ретросинтетическое мышление: основы и примеры». Chem. Soc. Rev. 17: 111–133. Дои:10.1039 / cs9881700111.
  7. ^ Smith, Amos B .; Адамс, Кристофер М. (июнь 2004 г.). «Эволюция основанных на дитианах стратегий создания архитектурно сложных природных продуктов». Отчеты о химических исследованиях. 37 (6): 365–377. Дои:10.1021 / ar030245r.
  8. ^ Линдерман, Рассел Дж .; Годфри, Алекс. (Август 1988 г.). «Новый синтез тетрагидрофуранов через синтетический эквивалент карбонилилида». Журнал Американского химического общества. 110 (18): 6249–6251. Дои:10.1021 / ja00226a052.
  9. ^ Whaley, W. M .; Говиндачари, Т. Р. (1951). «Синтез Пикте-Шпенглера тетрагидроизохинолинов и родственных соединений». В Адамс, Р. (ред.). Органические реакции. VI. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 151. Дои:10.1002 / 0471264180.or006.03. ISBN  0471264180.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  10. ^ Кагабу, Синдзо; Кодзима, Юка (май 1992 г.). «Синтез инданового мускуса Целестолида». Журнал химического образования. 69 (5): 420. Bibcode:1992JChEd..69..420K. Дои:10.1021 / ed069p420.