Перейдем к более практическим вещам – как искать путь решения задачи. Можно просто сидеть и ломать себе голову, вспоминая все реакции, перечисленные в секциях “Методы получения алканов (алкенов, диенов, алкинов)”, и думать, как их применить к исходным. Так можно сидеть долго даже с самой немудреной задачей и ничего не высидеть.
Делаем по-другому. Во первых, к черту секции “Методы получения …” – вспомните про них, когда будете готовиться к экзамену. Вам нужны не все методы в куче, только самые полезные и надежные, те, про которых вы знаете много и которые умеете применять. В этом нет никакой игры в поддавки – ровно так и поступают все реальные химики-синтетики, даже самые знаменитые, из учебников. Ваше умение выделить реально работающие инструменты из кучи красивого хлама с модными этикетками – основной признак профессиональной пригодности и обучаемости.
Этот набор надежных инструментов делим на четыре группы. Первая и самая важная:
- методы создания новых углерод-углеродных связей. Только с их помощью вы сможете, например, из четырех и четырех сделать восемь; если у вас вообще нет таких методов, вы так и будете крутить в руках четыре и четыре, возможно, сможете это распилить на части, после чего останется только выкинуть. Методы создания углерод-углеродной связи стоит изучить наиболее тщательно, понять, как они работают, чем ограничены.
Вторая и самая многочисленная:
- методы изменения реакционных центров – реакции замещения, присоединения, отщепления. Замещаем водород на бром, превращаем двойную связь в диол, тройную в двойную, бром в двойную связь и т.п. Так вы меняете заместители и функции, двигаетесь вдоль цепочки синтеза. Предпочитаем селективные методы, понимаем, как определять продукт. Здесь будет больше всего методов, но стремитесь не накладывать побольше в эту кучу с риском потерять контроль над содержимым (что сверху лежит, типа, видно, а что там зарыто, бог весть). Лучше поменьше да получше. Не увлекайтесь экзотикой из дурацких книжек типа Джерри Марча. Большинству экзотических методов грош цена, а как они работают не знаете ни вы, ни тот, кто будет проверять ваши фантазии. Да, здесь есть шанс прорваться, но есть шанс и сорваться. В любом случае, ничего нового вы так не узнаете, а каша в голове, особенно к концу года, заварится отменная.
Третья, очень важная для особых задач
- надежные стереоселективные методы. Иногда вас просят получить нечто стереохимически определенное – какой-нибудь конкретный диастереомер (эритро, трео, Z, E) диола, олефина, и т.п., нужно применять конкретные, проверенные и рекомендованные методы. Таких методов немного, и их нужно очень точно знать. Всякая самодеятельность здесь совершенно неприемлема.
И четвертая, очень маленькая кучка
- полезные вспомогательные реакции. Их немного и они хорошо запоминаются, потому что всегда делают нечто особенное. Это, например, озонолиз алкенов, и смещение тройной связи в алкинах (зиппер-реакция). С этими реакциями обычно проблем не бывает.
Как только мы навели порядок в арсенале (невероятно воинственный народ, органики, именно так это на полном серьезе и называют), начинаем думать над синтезом. Самый эффективный путь – не вперед, от исходных к цели; а назад – от цели к исходным. Такой путь называется обратным синтезом или ретросинтезом. Есть даже специальные стрелочки, которые обозначают такой мысленный путь. Эти стрелочки подразумевают, что мы знаем, как сделать конкретные шаги, но пока просто обозначаем возможность. Как доехать из Мытищ в Версаль? Попробуем так: в Версаль, наверное, едут из Парижа на чем-то типа поезда или автобуса, в Париж едут из аэропорта (там их вроде два), в аэропорт едут из московского аэропорта точно на самолете, в Москве несколько аэропортов, но до них едут из Москвы, в Мытищи из Москвы как-нибудь доберемся, близко. Все, ретро-синтез сошелся – приблизительный путь найден. После садимся и ищем конкретные рейсы, поезда, автобусы, сравниваем цены. А можно ли было добраться в Версаль из Мытищ через Нью-Йорк? Конечно, и если мы сразу в какую-нибудь программу вобьем задачу из Мытищ в Версаль, мы точно получим десяток путей, в том числе и такой. Разница между ретро-синтезом и попыткой сразу придумать путь вперед отличается не направлением, а способом мышления – мы разбиваем весь путь на маленькие кусочки, про каждый из которых что-то уже знаем. Потренируемся на химии.
Получите октандиол-1,2 из бутена-1 и днр
Сначала ретро-синтез. Из четырех нужно сделать восемь. Нужна реакция образования новой C-C связи. В нашем разделе такая реакция одна – алкилирование карбаниона из терминального ацетилена. Это будет ключевая стадия. Обозначим это сразу в наброске ретро-синтеза. Обратите внимание на спецстрелочки и на их направление – это правильно нарисовано, именно от продукта к реагентам. Это же ретро. Вперед в прошлое!
Теперь конкретизируем, пока в ретро. Диол получают из олефина, олефин из алкина, терминальный алкин из внутреннего. Сошлось. С другой стороны: анион из алкина, алкин из алкена; бромпроизводное тоже из алкена. Тоже сошлось. Весь ретро путь сошелся! Как писали в древности в телеграммах (не в телеграме): ВЫЕЗЖАЮ МЫТИЩ ЗПТ ЖДИТЕ ВЕРСАЛЕ ТЧК.
Теперь записываен нормальный синтез, заменяя ретро-стрелки нормальными схемами реакций. Для каждой реакции указывается минимальный набор реагентов и условий, показывающий, что мы точно знаем, что пишем, и что для каждой реакции, когда дело дойдет до колб, сможем найти уже настоящие методики. Обратите внимание, что для некоторых стадий мы даже можем предложить альтернативные реагенты (показано цветом). Задача решена.