Progettare una sintesi organica. Esercizi svolti
Progettare una sintesi organica di composti più o meno complessi significa individuare i reagenti e le condizioni come solvente e temperatura
Ogni molecola organica può essere sintetizzata in modi spesso diversi tramite una sequenza di reazioni che permettono di trasformare i reagenti nelle sostanze desiderate. Per progettare una reazione si preferiscono vie sintetiche che utilizzano reagenti reperibili, a basso prezzo, e che diano il prodotto desiderato attraverso il minor numero di passaggi e con alte rese.
Generalmente la concezione di una sintesi organica per molecole di una certa complessità comporta una serie di stadi che partendo dalla struttura del prodotto finale risalgono alle strutture di materiali di partenza che siano disponibili in commercio.
Vengono considerate per prime le possibili reazioni che portano al prodotto finale; in ciascuno stadio, le reazioni sono scelte in modo tale che portano al composto desiderato (finale o intermedio) partendo dai materiali più semplici. Seguendo questo procedimento emergono un certo numero di strade sintetiche possibili e, quella che sembra essere la più conveniente, viene scelta per essere provata in laboratorio.
Analisi retrosintetica
L’analisi retrosintetica costituisce quindi un importante metodo per pianificare la sintesi di un prodotto organico indipendentemente dalla sua complessità molecolare. La tecnica permette di ricostruire a ritroso gli stadi di “costruzione molecolare” che costituiscono il processo di sintesi. Le specie di reazioni chimiche coinvolte in qualsiasi sintesi possono essere classificate in due categorie:
1) Costruzione dello scheletro molecolare. Lo scheletro di atomi di carbonio che ci interessa sintetizzare può essere preparato partendo da unità più piccole (sintoni) attraverso reazioni che formano legami carbonio-carbonio. Questo processo rappresenta la considerazione centrale nel progetto di sintesi: la considerazione generale delle sintesi è essenzialmente una suddivisione dello scheletro desiderato in particolari sintoni che devono essere poi riuniti per prepararlo.
2) Alterazione funzionale. Alcune delle reazioni della sequenza sintetica devono essere destinate all’interconversione di gruppi funzionali che si trovano sullo scheletro. Il gruppo funzionale che deriva dalla formazione di un legame carbonio-carbonio deve essere trasformato in un gruppo funzionale richiesto per il successivo passaggio o, alla fine per il prodotto finale. Inoltre i gruppi funzionali devono essere talvolta protetti da eventuali conversioni in altri derivati, in modo tale da sopravvivere a quelle reazioni che vengono condotte in altri punti della molecola. Il gruppo protettore deve essere tale che, successivamente, possa essere rimosso quando lo si desidera.
Esercizi svolti
Progettare la sintesi dell’1,1-difeniletano partendo dal benzene
Scriviamo il reagente e il prodotto di reazione desiderato:
C6H6 → (C6H5)2CHCH3
L’idrocarburo desiderato è del tipo R2CHR’ ed è ottenibile per disidratazione dell’alcol terziario corrispondente R’R2COH nell’alchene che, nel nostro caso è l’ 1,1-difeniletene seguita da idrogenazione catalitica dell’alchene. Un alcol terziario in cui almeno due sostituenti al carbonio carbinolico sono gli stessi sono gli stessi, può essere preparato per reazione di un estere con un reattivo di Grignard.
L’alcol necessario si ottiene dal bromuro di fenilmagnesio e un estere dell’acido acetico come l’acetato di etile.
È da notare che i due sostituenti uguali sul carbinolo provengono dal reattivo di Grignard, mentre il terzo sostituente e l’atomo di carbonio carbinolico derivano dal gruppo acilico dell’estere. L’alcossile dell’estere non è invece incorporato nel prodotto finale.
C6H6 → C6H5Br → C6H5MgBr
2 C6H5MgBr + CH3COOCH2CH3 → (C6H5)2C(OH)CH3
(C6H5)2C(OH)CH3 + H2 → (C6H5)2CHCH3
Progettare la sintesi del 3-metil,2-buten-1-olo partendo dall’acetone
Scriviamo il reagente e il prodotto di reazione desiderato:
CH3COCH3 → (CH3)2C=CHCH2OH
Il prodotto finale anche se contiene solo cinque atomi di carbonio può essere considerato simile a un sistema C-6 che può essere ottenuto dalla autocondensazione di due molecole di acetone.
La condensazione di una molecola di acetone con un’altra molecola di acetone in presenza di una base blanda porta al β-idrossichetone. Questo composto è disidratato dallo iodio per dare un chetone insaturo noto con il nome di ossido di mesitile. A questo punto è necessario trasformare il gruppo -COCH3 nel gruppo –CH2OH con un processo che può dapprima coinvolgere l’ossidazione del chetone ad acido carbossilico RCOOH. Poiché questo acido contiene un legame alchenico non possiamo usare un agente ossidante energico.
D’altra parte la reazione aloformio è l’ideale per i nostri scopi poiché essa coinvolge una blanda alogenazione del chetone seguita da scissione alcalina. L’acido insaturo C-5 così ottenuto (acido β,β-dimetilacrilico) viene ridotto all’alcol desiderato con litio alluminio idruro:
2 CH3COCH3 → (CH3)2C(OH)-CH2COCH3 → (I2) (CH3)2C=CH-COCH3 → (NaOCl, NaOH) [(CH3)2C=CH-COCCl3] → (CH3)2C=CH-COOH → (LiAlH4) (CH3)2C=CHCH2OH
