Синтез 2,2-диэтоксииндандиона (стр. 1 из 3)
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Кафедра химии
Курсовая работа
по курсу принципы органического синтеза
на тему:
«Синтез 2,2-диэтоксииндандиона»
Выполнил: студент группы 430461
Ершова О.Е.
Научный руководитель
к.х.н. Егоров А.М
Тула 2010
Содержание
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Ретросинтетический анализ
1.2 Планирование эксперимента
2. Методики эксперимента
2.1 Получение индандиона-1,3
2.2 Получение п-толуолсульфонилазида
2.3 Получение 2-диазоиндандиона-1,3
2.4 Получение трет-бутилгипохлорита
2.5 Получение 2,2-диэтоксииндандиона-1,3
3. Экспериментальная часть
3.1 Синтез индандиона-1,3
3.2 Синтезп-толуолсульфонилазида
3.3 Синтез 2-диазоиндандиона-1,3
3.4 Синтез трет-бутилгипохлорита
3.5 Синтез 2,2-диэтоксииндандиона-1,3
4. Обсуждение результатов
5. Выводы
Список использованной литературы
Введение
Аминокислоты, пептиды и протеины, или белки образуют группу химически и биологически родственных соединений, которым принадлежит очень важная роль в жизненных процессах. При полном гидролизе белки и пептиды распадаются на б-аминокарбоновые кислоты H2N-CHR-COOH. Их строение может быть установлено окислительным расщеплением, в результате которого боковая цепь вместе с б-углеродным атомом превращается в альдегид. В качестве окислителей могут применять перекиси, персульаты, кислород в присутствии катализаторов и некоторые органические соединения, одним из которых является 2,2- диэтоксииндандион-1,3. 2,2-диэтоксииндандион-1,3 применяется также при хроматографическом и количественном анализе аминокислот. Поэтому синтез этого соединения представляет интерес. В настоящее время для синтеза сложных органических молекул применяют ретросинтетический анализ, позволяющий спланировать синтез.
Целью данной работы является определение пути синтеза 2,2- диэтоксииндандиона-1,3 с помощью ретросинтетического анализа и его последующее получение.
1. Литературный обзор
1.1 Ретросинтетический анализ
Химики-синтетики постоянно сталкиваются с проблемой планирования многостадийных синтезов. В случае простых соединений эта проблема решается легко:
В случае сложных синтезов, особенно алкалоидов или биологически активных веществ, составление схемы синтеза из доступных веществ требует больших усилий. Синтез Резерпина, составленный Кои, состоял из 24 стадий. Его Кои составлял 4 года. Поэтому сложность молекул, которые сейчас синтезируются химиками, побудила их создать систематический подход к планированию синтеза, который называется ретросинтетический анализ.
В основе ретросинтетического анализа лежит принцип уменьшения сложности молекулы. Упрощение молекулы проводят пока не будет получено доступное соединение или соединение, способ получения которого известен. Молекула вещества, которое нужно синтезировать называется целевой молекулой или ТМ.
Мысленно проводимые реакции обратные реакциям синтеза называются трансформами (Tf). Трансформы уменьшают сложность молекулы. Трансформы, как правило, имеют двойное название: первое – по реакции синтеза (например, Tf-альдольной конденсации), второе – по направлению или характеру трансформа (например, дисконекция – D). Чтобы отличить трансформ от реальной реакции применяется двойная стрелка.
Типы трансформов:
1. Дисконекция (D): дисконекция цепи – CHD, дисконекция цикла – RCD, отщепление функциональной группы – FGD
2. Реконекция (R): сочленение
3. Введение функциональной группы (FGA)
4. Замена одной функциональной группы на другую (FGI)
5. Перегруппировка (Rt)
Существует два подхода к планированию синтезов:
1. Синтез данной ТМ из известного заданного соединения.
2. Синтез данной ТМ при неопределенности исходного соединения.
Чаще всего химик-синтетик решает вторую задачу, химик-технолог – первую. Решение второй задачи и есть цель ретросинтетического анализа. Хотя все основные принцип его легче понять при решении первой задачи.
Принципы подхода к синтезу заданного соединения следующие:
1. Определить положение остова исходного соединения в ТМ.
2. Провести дисконекцию связи, которая дает максимальное упрощение структуры. При этом лучше разбить молекулу на два крупных осколка простым методом.
3. Приписать продуктам дисконекции заряды. При этом получается синтон (идеализированный фрагмент).
4. Найти реагенты, соответствующие этим синтонам.
5. Выбрать наилучшую комбинацию синтонов с учетом соответствующих им реагентов.
6. Повторять процедуру до тех пор, пока не будет найден способ построения всех интересующих С–С связей.
7. Обратить процедуру ретроанализа и написать схему синтеза.
Если известна лишь структура ТМ, то задача усложняется. Ясно лишь, что исходные соединения должны быть доступны.
Качественные реакции используются в клинико-биохимических лабораториях, фармацевтической практике и биохимических исследованиях для обнаружения присутствия белка и аминокислот в биологических средах, качественного анализа белковых лекарственных средств. Многие качественные реакции положены в основу методов количественного определения белков и аминокислот. 2,2-Диэтоксииндандион-1,3 является одним из распространенных реагентов в качественном анализе.
Из 2,2-диэтоксииндандиона-1,3 может быть получен нингидрин, который осуществляет окислительное декарбоксилирование б-аминокислот с образованием СО2, NH3 и альдегида, содержащего на один атом углерода меньше, чем исходная аминокислота.
Восстановленный нингидрин далее конденсируется с аммиаком и второй молекулой нингидрина, образуя краситель типа мурексида, который в нейтральной и слабощелочных растворах существует в виде окрашенного аниона с максимумом поглощения при лmax = 570 нм.
Колориметрирование фиолетово-синих растворов, получающихся при нагревании аминокислот с нингидрином, или манометрическое измерение выделившегося СО2 позволяют определять аминокислоты количественно.
Образование этого окрашенного соединения также используется в качественном тесте на б-аминокислоты, с помощью которого можно обнаружить аминокислоты, даже если их количество не превышает 1мкг.
Нингидрин реагирует не только с б-аминокислотами, но и с другими аминами. При этом тоже появляется голубая окраска, но без выделения СО2. Таким образом, выделение СО2 является индикатором участия в реакции б-аминокислоты. NH3 и пептиды тоже вступают в реакцию, но менее активно, чем б-аминокислоты. Продукт реакции между пролином (или 4-гидроксипролином) и нингидрином имеет желтую окраску [1].
1.2 Планирование эксперимента
На основании литературных данных (см. п. 1.1.), доступности исходных регентов и простоты методики был выбран следующий путь ретросинтетического анализа:
Первое правило ретросинтетического анализа – удалять лабильные группы, поэтому логично его начинать с удаления 2,2-диольной функциональной группы. Проще всего это делать путем трансформа FGI (на схеме – Tf1) – превращение 2,2-диольной группы в кетальную.
Следующей операцией является замена кетальной группы на диазогруппу, что также соответствует трансформу FGI (на схеме – Tf2). Эта операция позволит в дальнейшем избавиться от функциональной группы, упростив при этом молекулу.
Третьему трансформу (Tf3) соответствует стратегия FGD. В результате разрываемой связи C=N в качестве синтонов образуется карбен (синтон 3) и бирадикал N2 (синтон 3'), который можно генерировать из азид-аниона, что соответствует молекуле TsN3. Наиболее простым соединением, соответствующим синтону 3, является индандион-1,3.
В связи с тем, что обычно ароматический цикл не подвергают разрыву (много соединений с ароматическим циклом легко доступны), то дальнейшую стратегию анализа основывали на разрыве связей пятичленного цикла, чтобы упростить структуру. При этом также реализовывается правило преимущества разрыва связей, находящихся рядом с функциональной группой С=О. В результате Tf4 были получены синтоны 4 и 4'. Для синтона 4 характерны заряды «+», так как он содержит карбонильные атомы С. В соответствии с целью ретросинтетического анализа (прийти к наиболее доступным исходным реагентам) для синтона 4 можно предложить диэтилфталат, поскольку он доступен и его легко получить. Для синтона 4' в качестве реагента целесообразно взять этилацетат, так как этот реактив не только доступен, но и содержит необходимую СН2-метиленовую компоненту и СООEt–группировку, которую легко удалить гидролизом с последующим декарбоксилированием.
На основе схемы ретросинтетического анализа были подобраны соответствующие реакции:
1) Tf1.
Данному трансформу соответствует реакция гидролиза кеталя в кислой среде.
2) Tf2.
Этот трансформ соответствует гидролизу диазоалкана спиртом в окислительной среде для получения кеталя.
3) Tf3.
Tf3 соответствует реакции переноса диазогруппы при взаимодействии индандиона-1,3, как соединения с реакционноспособной метиленовой группой, с п-толуолсульфонилазидом в присутствии основания.
4) Tf4.
Для этого трансформа была выбрана реакция образования пятичленного цикла сложноэфирной конденсацией этилового эфира уксусной кислоты с этиловым диэфиром фталевой кислоты в присутствии сильного основания. Далее, полученный в-кетоэфир подвергают гидролизу (кетонное расщепление) и декарбоксилируют образовавшуюся в-кетокарбоновую кислоту.