Retrosynteettinen analyysi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 12. huhtikuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .

Retrosynteettinen analyysi  on orgaanisen kemian metodologinen lähestymistapa, joka on suunniteltu monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden synteesin suunnitteluun , jonka amerikkalainen kemisti Elias Corey kehitti 1960-luvun puolivälissä ja otettiin käyttöön 1970-luvulla. Menetelmä perustuu alkumolekyylin rakenteen vaiheittaiseen yksinkertaistamiseen yksinkertaisiin ja helposti saatavilla oleviin lähtöyhdisteisiin asti. Analyysin tuloksena on kaavio kemiallisista reaktioista, jotka mahdollistavat kohdeyhdisteen saamisen käytettävissä olevista analyysin aikana valituista reagensseista. Mahdollisten molekyylin rungon yksinkertaistamisvaihtoehtojen kombinatorisen luettelon tekniikka voidaan suorittaa tietokoneilla, ja siksi menetelmän popularisointi ja kehittäminen liittyivät läheisesti tietokoneiden ja tietokonesynteesin kehittämiseen .

Menetelmän kehittämisestä Coreylle myönnettiin kemian Nobel-palkinto vuonna 1990 .

Historia

1900-luvun jälkipuoliskolla orgaaniseen kemiaan oli kertynyt melko suuri joukko tunnettuja reaktioita, jotka mahdollistivat melkein minkä tahansa halutun molekyylirungon luomisen ja sen täydentämisen funktionaalisilla ryhmillä haluttuun yhdisteeseen. Monimutkaisten synteesien suunnittelu tehtiin kuitenkin empiirisin menetelmin, mikä edellytti kemistiltä laajaa näkemystä, hyvää reaktioiden ja reagenssien ominaisuuksien tuntemusta, samalla kun painopiste oli samankaltaisuuksien löytämisessä halutun molekyylin rakenteesta. ja mitkä tahansa aikaisemmin tunnetut yhdisteet. Tällainen lähestymistapa ei aina antanut mahdollisuutta löytää optimaalista polkua vaiheiden lukumäärän suhteen, arvioida oikein lopullista tulosta ja tunnistaa lupaavimmat edeltäjät alkuvaiheessa. Tyypillinen ratkaisu tälle ajanjaksolle oli useiden mahdollisten muunnosketjujen kokoaminen yhdelle kohdeyhdisteelle intuitioon perustuen ja niiden myöhempi analyysi. Muutosketjut näyttivät tältä:

, jossa A, B, C, D ovat erilaisia ​​esiasteita, nuolet ( ) ovat kemiallisia reaktioita ja TM on kohdeyhdiste [1] [2] .

Preparatiivisten synteesimenetelmien etsimiseen perustuvan lähestymistavan ongelmana on, että nämä menetelmät kuvaavat hyvin kapeita olosuhteita ja kaukana kaikista ennalta määrätyistä yhdisteistä, joita ne julkaistaan ​​(ja tunnetaan). Samankaltaisten rakenteiden etsimiseen perustuvan lähestymistavan ongelmana on, että kun on tarpeen syntetisoida jotain todella monimutkaista rakennetta, on vaikea löytää täydellistä samankaltaisuutta muiden rakenteiden kanssa.

Perustuu edellä kuvattuun ajatukseen keskittyä funktionaalisten ryhmien ja tyypillisten rakenteiden ominaisuuksiin (ensimmäisessä likiarvossa - ottamatta huomioon mitään reaktiivisuutta), ottamatta huomioon preparatiivisen kemian piirteitä ja perustuen ajatukseen yhdistää synteesiä, vuonna 1960 - 1990-luvulla amerikkalainen kemisti Elias Corey pystyi kehittämään systemaattisen lähestymistavan synteesin suunnitteluun, jota myöhemmin kutsuttiin retrosynteettiseksi analyysiksi. Hänen uusi lähestymistapansa korosti analyysiä synteesin vastakkaiseen suuntaan; kohdeyhdisteestä prekursoreihin. Analyysikaavio voitaisiin kirjoittaa seuraavasti:

, jossa nimitykset ovat samanlaiset kuin edellä, ja nuolet ( ) merkitsivät uutta käsitettä, jota kutsutaan transformoimalla suoritetuiksi reaktioksi, jotka ovat käänteisiä synteesireaktioihin [1] [2] .

Itse analyysistrategian lisäksi on kehitetty myös siihen liittyviä menetelmiä ja manipulaatioita molekyylirakenteilla sekä tiettyjä sääntöjä, jotka mahdollistavat lopullisen synteesiketjun rakentamisen tuloksista. Tämä uusi metodologia sai tukea monien kemistien keskuudessa 1970-luvulla, ja sitä auttoivat Stuart Warrenin monografiat (kuten [3] [4] [5] ) sen popularisoinnissa. Retrosynteettisen analyysin kehittämisestä Elias Corey sai kemian Nobelin palkinnon vuonna 1990 [2] .

Joitakin ohjelmistopaketteja on kehitetty automatisoimaan retrosynteettisten piirien rakentamista ja vertailemaan niitä [6] . Perustuen ajatukseen yksinkertaistaa rakennetta ja rakentaa synteesikaavio pelkästään rakenteiden ominaisuuksien perusteella, ei todellisten empiirisesti testattujen synteesilaboratoriomenetelmien perusteella, syntyy hypoteettinen polku useiden väliyhdisteiden läpi. Pääsyä julkaisujen ja yhdisteiden kuvausten tietokantaan voidaan pyytää jokaisessa analyysin vaiheessa sen määrittämiseksi, onko ehdotettu välikomponentti jo olemassa kirjallisuudessa. Tässä tapauksessa tämän kompleksin lisätutkimusta ei tarvita. Jos tämä yhdiste on olemassa (sen kuvaus ja todellinen preparatiivinen synteesimenetelmä on julkaistu), se voi olla lähtökohta jatkovaiheille synteesikaavion rakentamisessa.

Loppujen lopuksi ei kuitenkaan voida sanoa, että retrosynteesin käsitteen ilmaantuminen olisi johtanut siihen, että tarve äärimmäisen laajaan kemialliseen näkemykseen, reaktioiden ja reagenssien ominaisuuksien hyvä tuntemus sekä intuitiivisen toiminnan tarve poistuivat. kemistin arvauksia ei ole poistettu. Nyt vain yksisuuntaisesta hausta on tullut kaksisuuntaista. Kuten konseptin kirjoittaja itse kirjoittaa vuoden 1988 julkaisussa:

Synteettinen kemisti on enemmän kuin logiikka ja strategi; hän on tutkimusmatkailija, johon pohdiskelu, spekulaatio, mielikuvitus ja luovuus vaikuttavat voimakkaasti. Nämä lisätyt elementit tarjoavat ripauksen taiteellisuutta, jota tuskin voi sisällyttää synteesin perusperiaatteiden luetteloimiseen, mutta ne ovat hyvin todellisia ja erittäin tärkeitä. Lisäksi on korostettava, että älylliset prosessit, kuten retronien ja syntonien tunnistaminen ja käyttö, vaativat huomattavaa kykyä ja tietoa; myös täällä nerokkuus ja omaperäisyys löytävät laajat ilmaisumahdollisuudet. Voidaan olettaa, että monet merkittävimmistä synteettisistä tutkimuksista sisälsivät tasapainon kahden erilaisen tutkimusfilosofian välillä, joista toinen ilmentää tunnettuun metodologiaan ja moderniin teoriaan perustuvan deduktiivisen analyysin ihannetta ja toinen innovaatioita ja jopa spekulaatiota. Synteesiongelman ja sen houkuttelevuuden voidaan olettaa saavuttavan käytännön näkökohtiin suhteettoman tason, kun se asettaa selkeän haasteen syntetisaattorin luovuudelle, omaperäisyydelle ja mielikuvitukselle.

- Corey EJ Robert Robinsonin luento. Retrosynteettinen ajattelu – oleellisia asioita ja esimerkkejä //Chemical Society Reviews. - 1988. - T. 17. - S. 111-133

Menetelmän tavoitteet ja terminologia

Menetelmän perusehdot:


Retrosynteettisen analyysin päätehtävänä on löytää sellaiset molekyylirungon osiot syntoneiksi, joille on mahdollista suorittaa todellisia yhdisteitä kemiallisilla reaktioilla. Monimutkaisten kohdeyhdisteiden osalta tehtävälista sisältää lisäksi myös erilaisten kaavioiden tarkastelun tällaisille muunnoksille ja optimaalisten valinnan ottaen huomioon emäksisten yhdisteiden saatavuus, kemiallisten reaktioiden lukumäärä ja monimutkaisuus sekä muut parametrit. [7] [8] .

Analyysin edistyminen

Analyysi alkaa vaiheesta, jossa tarkastellaan kohdemolekyyliä todennäköisimmän esiasteen ( prekursorin ) määrittämiseksi, kun taas vain viimeinen kohdeyhdisteeseen johtava synteesin vaihe otetaan huomioon. Tätä vaihetta kutsutaan retrosynteettiseksi vaiheeksi. Kun tällainen yhdiste, jota kutsutaan ensimmäiseksi prekursoriksi , on tunnistettu, analyysiä voidaan jatkaa, mutta toisessa vaiheessa tämä ensimmäinen saatu esiaste toimii jo kohdeyhdisteenä, ja tuloksena on toinen yhdiste - toinen prekursori ja niin edelleen [ 1] .

Toisin sanoen (a) yhteyttä ei pidetä kokonaisuutena - se on jaettu rakenteellisiin fragmentteihin; (b) Jokaisen niistä tai kunkin väliyhteyden suhteen tutkija kysyy jokaisessa piirin rakentamisvaiheessa itselleen kysymyksen: "mistä tämä rakenne voidaan saada yhdessä vaiheessa?", mikä tarkoittaa perustavaa laatua olevaa, yleinen teoreettinen vastaus. Listaa kaikki mahdolliset vastaukset. Ja hän toistaa tätä vaihetta, kunnes järjestelmä on pelkistetty joihinkin hänen laboratorionsa käytettävissä oleviin reagensseihin.


Analyysistrategiat

Käytetyt muunnosmenetelmät voidaan ryhmitellä seuraavasti:

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 Traven, 2015 , s. 144-145.
  2. ↑ 1 2 3 Dyadchenko, 2011 , s. 637-639.
  3. ↑ Warren S. Orgaanisten synteesien suunnittelu: ohjelmoitu johdatus synthon lähestymistapaan. – John Wiley & Sons, 1991.
  4. ↑ Wyatt P., Warren S. Orgaaninen synteesi: strategia ja ohjaus. – John Wiley & Sons, 2007.
  5. ↑ Warren S. Orgaaninen synteesi: katkaisutapa. – John Wiley & Sons, 2007.
  6. ↑ Law J. et al. Reittisuunnittelu: retrosynteettinen analyysityökalu, joka hyödyntää automatisoitua retrosynteettisten sääntöjen luomista //Journal of Chemical Information and Modeling. - 2009. - T. 49. - Ei. 3. - S. 593-602.
  7. ↑ 1 2 Sokolov, 1995 .
  8. ↑ 1 2 Dilman .
  9. ↑ 1 2 3 Corey EJ Robert Robinsonin luento. Retrosynteettinen ajattelu – oleellisia asioita ja esimerkkejä //Chemical Society Reviews. - 1988. - T. 17. - S. 111-133.

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat