JU Univerzitet u TuzliPrirodno-matematički fakultetDrugi ciklus studijaStudijski odsijek : Primjenjena hemija

Odabrana poglavlja primijenjene hemije

TEMA: RETROSINTETIČKA ANALIZA

Profesor : Student: Dr.sc. Snježana Marić, vanr.prof Buljubašić Majda

UVOD

Hemijske sinteze molekula koje sadrže ugljikove atome poznate su kao organske sinteze i

predstavljaju poseban dio moderne organske kemije. Sinteza je znanstvena oblast koja se bavi

konstrukcija molekula. Sinteze organskih spojeva, skoro dva stoljeća, prestavljaju značajnu oblast

znanstvenih istraživanja, jer svojim fundamentalnim pristupom zadovoljavaju potrebe širokog

spektra znanosti, a svojim primjenjenim karakterorn doprinose rješavanju mnogih strateških

problema savremenog svijeta i omogućavaju razvoj velikog broja industrijskih grana.

Sinteza je proces kojim se određeni organski rnolekul dobija u laboratoriji. U ovisnosti o

polaznim supstancama, postoje dva osnovna pristupa sintezi organskog spoja:

totaIna sinteza je hemijska sinteza, obično prirodnih spojeva koja polazi od relativno prostih

polaznih materijala. Totaina sinteza organskih molekula predstavlja niz reakcija, kojima se

konstruira molekul željene strukture.

parcijalne sinteze podrazumijevaju sinteze željenih molekula kod kojih se kao polazni

materijali koriste složenije molekule koje su strukturno sličnije krajnjoj molekuli.

Organske sinteze svojom raznovrsnošću i atraktivnošću u znanstvenom smislu, humanim

karakterorn i ekonomskim značajem u primjenjenom smislu predstavljaju vrlo značajnu i složenu

znanstvenu disciplinu i od organskih hemičara zahtijevaju odlično poznavanje i iskustvo u različitim

oblastima organske hemije. Ne samo da je neophodno poznavanje reakcija, a naročito onih koje se

najviše koriste u organskim sintezama, već je isto tako važno poznavanje i primjena instrumentalnih

analitičkih metoda za praćenje i dokazivanje strukturnih promjena u toku sinteze. Takođe je

neophodno i dobro poznavanje mehanizama organskih reakcija u cilju sagledavanja utjecaja

strukturnih faktora na reaktivnost molekule.

Za uspješnu sintezu neophodno je dobro razumijevanje i poznavanje stereohemijskih odnosa

i stereohernijskih uticaja u pojedinim fazama sinteze, kao i u krajnjoj molekuli koju želimo

sintetizirati. Naravno, sva ova znanja mogu biti uspješno primjenjena u organskoj sintezi samo onda

kada raspolažemo potrebnom laboratorijskom tehnikom i rutinskom eksperimentalnom vještinom. U

toku sintetičkog procesa moraju se sagledavati svi navedeni aspekti organske sinteze.

Osno v ni sint e tički princip i i r e t ro sint e tičk a an a li z a

U sintezama složenih organskih molekula osnovno je pravilo da se prvo mora ustanoviti

sadržaj elemenata koj i čine strukturne karakteristike željenog spoja, zatim treba proučiti raspored

ugljikovih atoma i prirodu njihovog vezivanja, cikličku povezanost, zatim se mora odrediti raspored

i priroda funkcionalnih grupa, stereokemijski odnosi ugljikovih atoma i funkcionalnih grupa, sadržaj

stereocentara. kemiiska reaktivnost i strukturna nestabilnost sooia. Komoleksnost strukturnih - ~ - - . ) J l .J 1 stereokemijskih odnosa određuje i stupanj teškoća u planiranju i realizaciji ciljnog spoja.

Da bi se realizirala sinteza ciljne molekule potrebno je izraditi plan sinteze. U planu moraju

biti naznačene najpogodnije reakcije za konstrukciju ugljikovog skeleta, zatim reakcije za uvođenje i

transformaciju funkcionalnih grupa, kao i reakcije za podešavanje i dovođenje stereokernijskih

odnosa u predviđeni i željeni položaj i prostor. Logičko povezivanje reakcija za rješavanje

navedenih problema u jedan sintetički proces omogućava konstrukciju ciljnog molekula.

Sinteza nekog organskog spoja može se izvršiti na više načina, jer uvijek postoji više prilaza

sintezi nekog složenog molekula i zato u mnogim sintetičkim nastojanjima postoji dovoljno prostora

i mogućnosti za kreativan i umjetnički pristup. Koji sintetički put je najbolji i koja sinteza je

idealna? Na ovo pitanje se ne može dati samo jedan precizan odovor, jer problemi organske sinteze

nemaju samo jedan tačan odgovor, odnosno postoji više rješenja sa različitim stepenima efikasnosti.

Ni jedno rješenje nije pogrešno ako se ostvari željena sinteza, mada jedan od pristupa može biti

atraktivniji ili jeftiniji od drugog, što ovisi od "umjetničkog stila i ukusa" istraživača.

Tek početkom sedamdesetih godina počelo se sistematizirati znanje i pristup sintezama

organskih molekula. Osnovni pristup u izradi sintetičkog plana spoja čija je struktura precizno

utvrđena obuhvatao je rasčlanjivanje strukture u reverzno-sintetičkom smislu, ali na takav način da

se znaju reakcije i uvjeti za dobijanje ciljne strukture.

Reverzno sintetičke operacije predstavljaju se znakom

-ZADATAK je sinteza (R)-1-cikloheksil-1-feniletanol.

a) b)

c)

-Za navedeni spoj ponuđena su tri moguća sintetska puta.

-Tercijerni alkoholi sa 3 različite funkcionalne grupe na C atomu,na kojem se nalazi OH grupa, se mogu pripremiti na 3 različita načina,korišteći Grinardove reagense.

-Za retrosintetičku analizu najviše se primjenjuje Grinardova reakcija.

a)

Sinteza traženog spoja mehanizmom a) :

Ovaj put obuhvata nukleofilnu adiciju metilne skupine na 1-cikloheksil-1-feniletanol upotrebom Gringardovog reagensa.

Ovaj mehanizam kao polazni reaktan upotrebljava cikloheksilmetanol,koji se oksidaciojm prevodi u cikloheksil metanon,upotrebom natrijevog-dihromata u jako kiseloj sredini.

Uvidom u raspoložive baze podataka dobili smo H-NMR i C-NMR sprektar za spoj potreban za predviđeni mehanizam.

Za navedeni mehanizam za sintezu zadatog spoja potrebno je takle da imamo na raspolaganju cikloheksil(fenil)metanol i metil magnezij bromid, istražičli smo njihovu dostupnost i cijenu na tržištu. Traženi alkohol nije dostupan,dok cijena Gringardovog reagensa iznosi oko 400$/kg.

Upretraživanim bazama podataka IR spektar za cikloheksil (fenil) metanon nije bio dostupan. Prikazan je IR spektar za cikloheksil(fenil) metanon koji je bio dostupan u bazi podataka :

Sinteza traženog spoja mehanizmom b):

Drugi sintetski put obuhvata nukleofinu adiciju etilenske grupe na atetofenon ,čemu predhodi oksidacija acetofenola u acetofenon.

I za acetofenol smo analizirali H-NMR, C-NMR i IR spektar koristeći Chemoffise 2005.

IR spektar za acetofenol.

Na spektru se nalaze 3 različite skupine signala:

1.Singlet smješten na 5,17 ppm odgovara atomu vodonika hidroksilne skupine analiziranog alkohola. S obzriom na to da je atom vodonika vezan za atom kiseonika koji ga zaklanja i štiti od uticaja ostalih protona,njegov signal odaziva predstavljen je singletom.

2.Multiplet kod pomaka 4,68 ppm odgovara atomu vodonika vezanom za atom ugljika na kome se nalazi hidroksilna skupina.

3.Na 1,49 ppm nalazi se signal koji potiče od krajnje –CH3 skupine.

Kao što smo prikazali već H-NMR, C-NMR i IR spektre polaznog alkohola,ostalo nam je da prikažemo IR spektar prijelaznog stanja(odgovarajućeg ketona) u ovom slučaju acetofenon.

Sinteza traženog spoja mehanizmom c):

Na H-NMR spektru razlikuje se 4 skupine signala :

1. Na 4,81 ppm prisutan je signal koji potiče od protona karboksilne skupine te na njegovo cijepanje nemaju uticaja ostali protoni iz molekule zbog njegove zaklonjenosti kisikom.

2. Na 3,38 ppm se javlja signal protona vezanog za atom ugljika na koji je vezana karboksilna skupina.

3. Na 1,49 ppm javlja se signal protona –CH2- skupine koji u svom okruženju imaju 4 neekvivalentna protona ,pa je signal odziva pentet.

4. Na 1,21 ppm javlja se signal protona sa prvog C-atoma alkohola; u svom okruženju imaju samo jedan proton pa je signal odziva predstavljen dubletom.

Za cikloheksil etanol u bazi podataka nema IR spektra.

Na kraju ćemo prikazati H-NMR, C-NMR spekre za konačan produkt ove retrosintetičke analize i zadatog spoja 1-cikloheksil-1-feniletanol. IR spektar nije dostupan.