Перечень вопросов для подготовки к зачету

1. Практическое проведение синтеза. Факторы, определяющие выбор оптимального пути синтеза органического соединения. Выход, число стадий, условия реакций. Исходные соединения для синтеза: их доступность, устойчивость, токсичность, пожаро- и взрывоопасность как критерии оптимального синтеза. Хемоселективность реагента. Реакции региоселективные, хемоселективные и стереоселективные (диастереоселективные и энантиоселективные). Хемо-, регио- и стереоспецифичные реакции.

2. Однореакторный синтез (оne-pot synthesis), матричный метод Меррифилда. Проведение реакций на твердых носителях. Преимущества и недостатки твердофазного и жидкофазного синтезов, выбор твердой подложки, линкеры. Примеры создания комбинаторных библиотек. Понятие о темплатном синтезе, многокомпонентных, тандемных и домино-реакциях (реакции Манниха, Биджинелли, Гевальда, Ганча, Вильгеродта-Киндлера, Бухерера-Бергса, Пассерини, Уги, синтез Штреккера-Зелинского, тандемная реакция Дильса-Альдера). Классификация домино-реакций. Синтез тропинона по Робинсону.

3. Субстрат, реагент, растворитель, катализатор. Межфазный катализ: краун-эфиры, ТЭБАХ, аликват 336, тритон В. Растворители, их типы. Кислотно-основные свойства растворителей, автопротолиз. Понятие о суперкислотах, примеры реакций в суперкислых средах. Основания, используемые в органическом синтезе. Понятие о супероснованиях: ситема трет-бутилат калия – ДМСО, смесь "LICKOR". Суперкритические жидкости (флюиды) как растворители. Методы очистки растворителей: ацетон, ацетонитрил, бензол, толуол, гексан, ГМФТА, ДМСО, ДМФА, диоксан, эфир, ТГФ, метанол, этанол, пиридин, нитрометан, хлороформ, хлористый метилен, четыреххлористый углерод, этилацетат. Использование ионных жидкостей в органическом синтезе.

4. Проведение реакций при высоком давлении (основные принципы, примеры реакций). Микроволновая активация. Взаимодействие микроволнового излучения с веществом (ориентационная поляризация диполей, ионная проводимость). Причины ускорения реакций; влияние микроволнового излучения на селективность реакций; экспериментальные условия проведения микроволнового синтеза (оборудование, методики синтезов (в среде растворителей, без растворителей, на твердых носителях, в проточных реакторах)). Примеры реакций, ускоряемых микроволновым излучением.

5. Сонохимическая и механохимическая активация. Флаш-вакуумный пиролиз. Основы метода, аппаратурное оформление, применение в органическом синтезе.

6. Органическая фотохимия. Законы фотохимии. Прямое возбуждение, физическая и химическая сенсибилизация. Квантовый выход первичной фотохимической реакции и полный квантовый выход. Основные типы фотохимических реакций: фотоэлиминирование (карбонилсодержащих соединений, азосоединений, алифатических диазосоединений); фотозамещение; фотоизомеризация (реакция Бартона, E,Z- и валентная фотоизомеризация, миграция двойной связи, молекулярные перегруппировки); фотоприсоединение (реакция Патерно-Бюхи); сенсибилизированные реакции. Техника эксперимента: источники света, реакторы и методика проведения фотолиза. Лазерный флаш-фотолиз.

7. Техника безопасности и экологические проблемы органического синтеза. Основные принципы “зеленой химии”. Количественные оценки в “зеленой химии”: атомная экономия, эффективность по углероду, реакционная массовая эффективность, Е-фактор, массовая интенсивность и массовая производительность.

8. Условия введения и удаления защитных групп, устойчивость их к действию различных реагентов (кислот, оснований, окислителей, восстановителей и др.). Стратегия использования защитных групп: принципы ортогональной стабильности и модулированной лабильности. Защита С-Н-связей в алифатических и ароматических соединениях. Защита α-метиленовой группы кетонов. Защита С-Н-связей в ароматических соединениях за счет стерического экранирования активного о-положения и за счет ориентации вновь вводимого заместителя.

9. Защита ненасыщенных связей. Получение дигалогенидов, моногалогенидов и галогенгидринов. Защита олефинов эпоксидированием и получением диолов. Защита С-Н-связей в алкинах, ее применение в синтезах ди- и полиинов (Глазер, Кадио-Ходкевич). Синтезы на основе 3-бромпропиоловой кислоты.

10. Защита спиртовой ОН-группы: образование простых и сложных эфиров, ортоэфиров, ацеталей и кеталей. Защитные группы: бензильная, n-метоксибензильная, тритильная, ди(n-метокси)тритильная, аллильная, трет-бутильная, триметилсилильная, трет-бутилдиметилсилильная, тетрагидропиранильная, метоксиметильная. Защита ОН-группы в гликолях: изопропилиденовая, бензилиденовая, этилиденовая защитные группы. Циклические карбонаты. Защита ОН-группы в фенолах: алкилирование и ацилирование. Защита через трет-бутиловые, тетрагидропираниловые, фенацетиловые, триметилсилиловые эфиры фенолов. Создание и удаление метильной защитной группы (под действием бромида алюминия и этилмеркаптана, под действием этантиолята натрия в ДМФА, галогенидов бора, триметилсилилиодида, хлорида пиридиния и др.). Метилендиокси-защитная группа для двухатомных фенолов. Защита тиольной группы (бензильная, n-метоксибензильная, ацетильная).

11. Защита карбонильной группы в альдегидах и кетонах: ацетали, кетали и их тиоаналоги. Защита с помощью енольных и енаминовых производных. Защита карбонильных соединений путем переведения в оксимы, семикарбазоны и замещенные гидразоны. Особенности защиты ароматических альдегидов и кетонов. Другие защитные группы: циангидрины, окса- и тиазолидины, имидазолидины, основания Шиффа. Селективная защита одной из неравноценных карбонильных групп в молекуле (пространственная доступность, наличие или отсутствие сопряжения карбонильной группы с двойной связью С=С). Условия введения и удаления защитных групп, их устойчивость к действию различных реагентов (кислот, оснований, окислителей, восстановителей и др.). Понятие о фотоудаляемых защитных группах.

12. Защита карбоксильной группы: бензиловые, метиловые, этиловые, трет-бутиловые, 2,2,2-трихлорэтиловые эфиры. Современные методы синтеза сложных эфиров. Удаление сложноэфирных защитных групп. Оксазолиновая защита. Защита аминогруппы. Протонирование и хелатирование. Защита ацилированием: формильная, ацетильная, бензоильная, фталоильная, сукциноильная, бензилоксикарбонильная, трет-бутилоксикарбонильная (БОК) группы. Защита аминосоединений путем получения алкильных и арильных производных: бензильных, тритильных, аллильных и др. Применение бензолсульфохлорида и бензальдегида для защиты аминогруппы и ее модификации. Другие производные: фосфорильные, сульфенильные, силильные. Условия введения и удаления перечисленных защитных групп, их устойчивость к воздействию различных реагентов (кислот, оснований, окислителей, восстановителей и др.). Особенности защиты гидразинов и гидроксиламинов. Способы защиты третичных аминов: протонирование, образование четвертичных солей, образование N-оксидов.

13. Декарбоксилирование карбоновых кислот и их солей. Декарбоксилирование эфиров замещенных малоновых кислот (NaCl-ДМФА). Радикальное декарбоксилирование по Бартону. Декарбонилирование альдегидов на металлическом палладии и фосфиновых комплексах палладия. Бисдекарбоксилирование с помощью тетраацетата свинца (IV). Восстановительные системы. Водород в присутствии катализатора, металл в присутствии источника Н⁺, комплексные гидриды алюминия и бора.

14. Гидрирование. Типы катализаторов гидрирования: черни, окиси (катализатор Адамса), катализаторы на носителях. Металлы платиновой группы, никель Ренея, его разновидности. Борид никеля (P-1-Ni и P-2-Ni). Катализаторы для гидрирования при низком и высоком давлении, катализатор Лэзира (хромит меди). Зависимость скорости гетерогенного гидрирования от кислотности среды. Относительная скорость гидрирования функциональных групп и кратных связей. Гидрогенолиз связей углерод-гетероатом. Каталитические яды. Зависимость скорости и стереохимии процесса гидрирования от природы катализатора и строения субстрата. Селективность гидрирования. Понятие о гаптофильности. Ионное гидрирование. Восстановление растворенными металлами. Восстановление енонов. Реакция Бёрча (селективность процесса, применение в синтезе циклогексенонов и ациклических соединений).

15. Нуклеофильные восстанавливающие агенты. Комплексные гидриды металлов как восстановители: боргидрид натрия, алюмогидрид лития, алкоксиалюмогидриды и алкоксиборгидриды. Механизм и стереохимия реакций восстановления. Пространственно затрудненные комплексные гидриды. Модификация комплексных гидридов солями металлов и кислотами Льюиса. Хемоселективность восстановления карбонильной группы алкоксигидридами. Региоселективность восстановления с помощью Redal. Понятие о супергидридах: L- и LS-селектриды, их применение. Цианоборгидрид натрия и боргидрид цинка как восстановители. Восстановительное алкилирование аминов с использованием цианоборгидрида натрия в кислой среде. Алкилирование аминов в системе NaBH₄ – карбоновая кислота.

16. Электрофильные восстановители: DIBAL и диборан. Диизобутилалюминийгидрид как восстановитель, его получение. Гидроалюминирование алкинов, его обратимость и стереоселективность. Восстановление альдегидов, кетонов, α,β-енонов, сложных эфиров и нитрилов с помощью DIBAL. транс-Гидроалюминирование спиртов пропаргилового типа. Восстановление функциональных групп дибораном и его комплексами с простыми эфирами, аминами и сульфидами. Восстановление алкенов и алкинов через гидроборирование.

17. Методы селективного восстановления карбонильной группы. Восстановление α,β-непредельных альдегидов и кетонов. Восстановление α,β-енонов боргидридом натрия в присутствие CeCl₃ (Луше). Побочные процессы при восстановлении непредельных карбонильных соединений комплексными гидридами: внутримолекулярное гидроалюминирование и гидроборирование. Восстановление альдегидной группы в присутствии кетонной, кетонной в присутствии альдегидной. Восстановление кетонной группы в присутствии сложноэфирной и карбоксильной группы в присутствии кетонной или сложноэфирной. Восстановление сложных эфиров в присутствии амидов или нитрилов.

18. Методы замещения галогена на водород: каталитическое гидрирование, металлоорганические соединения, системы металл + спирт, сплав Ренея, Bu₃SnH. Внутримолекулярная радикальная циклизация алкенил- и алкинилгалогенидов и тиоэфиров под действием трибутилоловогидрида. Методы дезаминирования: восстановление четвертичных аммониевых солей и третичных аминов, дезаминирование через соли арилдиазония. Восстановление связи С-N с помощью H₂NOSO₃H, CH₃SNa, Bu₃SnH. Дезоксигенирование спиртов и фенолов; использование тозилатов и мезилатов, N-фенилкарбаматов фенолов, система фосфор-иод, триалкилсиланы. Дезоксигенирование о-нитробензолсульфонилгидразином в условиях реакции Мицунобу. Дезоксигенирование спиртов с помощью триметилсилилиодида и цинка. Дезоксигенирование через ксантогенаты (Бартон – Мак-Комби). Превращение фенолов в анилины (перегруппировка Смайлса) с последующим дезаминированием.

19. Дезоксигенирование альдегидов и кетонов. Дезоксигенирование через 1,3-дитиоланы и 1,3-дитианы (метод Мозинго). Применение гидридов алюминия и бора, дезоксигенирование через тозилгидразоны. Реакции Кижнера-Вольфа и Клемменсена, их ограничения. Реагенты для восстановления сложных эфиров, S-ацилмеркаптанов, хлорангидридов, нитрилов, амидов до альдегидов: водород (Розенмунд), алкоксиалюминийгидриды, Redal. Амиды Вайнреба.

20. Уровень окисления углеродного центра и классификация функциональных групп и их взаимопревращений. Изогипсические трансформации. Неизогипсические трансформации как пути переходов между различными уровнями окисления. Реагенты окисления: соединения марганца и хрома, пероксиды, надкислоты, диоксид селена, озон, диметилсульфоксид, дихлордицианохинон (DDQ), реагент Десса-Мартина, реагент Фетизона, нитрат аммония-церия (IV). Реакция дегидрирования.

21. Окисление спиртов до альдегидов и кетонов. Окисление аллиловых и бензиловых спиртов, ацилоинов. Окисление с помощью диметилсульфоксида: превращение алкилгалогенидов (Корнблюм), тозилатов и спиртов в альдегиды и кетоны. Методы Моффетта (дициклогексилкарбодиимид) и Сверна (трифторуксусный ангидрид). Синтез ароматических альдегидов из бензилгалогенидов через четвертичные аммониевые соли (Соммле; в присутствии n-нитрозодиметиланилина) и нитроны (Крёнке). Окисление спиртов и кетонов гипохлоритом натрия в двухфазной системе в присутствие TEMPO. Реагенты для окисления альдегидов в карбоновые кислоты. Превращение α,β-непредельных альдегидов в сложные эфиры.

22. Окисление простых эфиров в сложные. Окисление по связи С-Н: получение ароматических альдегидов, окисление алкенов по аллильному положению трет-бутилпероксибензоатом, CrO₃ в присутствии бутанола, синглетным кислородом, диоксидом селена (понятие о еновой реакции). Окисление терминальных алкинов. Дегидрирование под действием хинонов как акцепторов водорода. Окисление кетонов диоксидом селена. Оксигенирование карбанионов. Окисление алкенов галогеном в присутствии основания (бромо- и иодолактонизация непредельных карбоновых кислот) и в присутствии соли серебра (цис- (Вудворд) и транс- (Прево) гидроксилирование алкенов).

23. Эпоксидирование алкенов. Эпоксидирующие агенты: надуксусная, трифторнадуксусная и м-хлорнадбензойная (MCPBA) кислоты, диоксираны. Получение диоксиранов из оксона. Эпоксидирование непредельных кетонов бензолпероксимидовой кислотой (реагент Пейна). Особенности эпоксидирования α,β-непредельных кетонов, карбоновых кислот и их эфиров. Отношение альдегидов к надкислотам. Реакция Байера-Виллигера и ее конкуренция с эпоксидированием по связи С=С. Трет-бутилгидропероксид как эпоксидирующий агент. Эпоксидирование аллиловых спиртов. Энантиоселективное эпоксидирование по Шарплессу (в присутствии изопропилата титана и эфира винной кислоты). Правило Шарплесса для определения конфигурации эпоксида.