METODY SYNTEZY

METODY SYNTEZY

ORGANICZNEJ

ORGANICZNEJ

ORGANICZNEJ

ORGANICZNEJ

Wykład

Wykład

-- 30h Semestr VI s1 CHEMIA

30h Semestr VI s1 CHEMIA

Laboratorium

Laboratorium

-- 15h

15h

Punkty

Punkty

--

Kolokwium

Kolokwium

-- dwie części, pisemny i ustny

dwie części, pisemny i ustny

dr inż. Jacek F.

dr inż. Jacek F. Koszuk

Koszuk

Instytut Chemii Organicznej

Instytut Chemii Organicznej
Pokój 307

Pokój 307
[e-mail]

[e-mail]

2

3

SYNTEZA ORGANICZNA

SYNTEZA ORGANICZNA

Synteza organiczna jest jednym z działów chemii organicznej. Zajmuje się
przekształcaniem jednych związków – łatwo dostępnych handlowo, w inne

przekształcaniem jednych związków – łatwo dostępnych handlowo, w inne
o pożądanej strukturze. Najczęściej produkt końcowy charakteryzuje się
jakimiś

korzystnymi

właściwościami

(np.

jest

aktywny

biologicznie,

elektrochemicznie, czy ma właściwości kompleksotwórcze).

O syntezie organicznej można także mówić w ujęciu przemysłu chemicznego,
który zajmuje się wdrażaniem opracowanej laboratoryjnie metody do
produkcji wielko tonażowej.

Kolejnym aspektem syntezy organicznej jest

synteza asymetryczna

, która

prowadzi do utworzenia nowego centrum symetrycznego w cząsteczce.

prowadzi do utworzenia nowego centrum symetrycznego w cząsteczce.

CHO

Me

Me

OH

CHO

Me

Me

OH

H

2

NCO

NH

2

CO

2

H

H

2

NCO

NH

2

CO

2

H

L-aspargina

D-aspargina

CHO

CHO

zapach lilii

bezwonny

L-aspargina

gorzka

D-aspargina

słodka

N

NH

O

O

O

O

H

N

O

5

O

H

NH

O

O

(R)-(+)-Talidomid

działanie lecznicze

(S)-(-)-Talidomid

działanie teratogenne

6

Jöns Jacob Berzelius (1779-1848)

•

Stałe przeciwstawianie pojęć materii ożywionej - nieożywionej,
pociągnęło za sobą konsekwencje filozoficzne. Musiała bowiem
istnieć siła, która ożywiała materię nieożywioną. Znalezienie
siły życiowej nie było łatwe, ale można ją było zastąpić nowym
dogmatem. Dokonał tego na początku XIX wieku szwedzki
chemik Jöns Jacob Berzelius.

chemik Jöns Jacob Berzelius.

•

Istnieje specjalna siła życiowa
- vis vitalis, pisał, która jest niezbędna do przemiany materii nieożywionej w ożywioną.

•

Berzelius tym dogmatem nie tylko podzielił chemię, ale przede wszystkim postawił biologię
w uprzywilejowanej pozycji pisząc, że

synteza związków organicznych jest niemożliwa poza żywym

organizmem.

Dokonania chemików w XIX wieku, a przede wszystkim Fryderyka Wöhlera i Emila

Fishera nie tylko obaliły ten dogmat, ale zburzyły mur oddzielający chemię organiczną od
nieorganicznej. W roku 1828 Fryderyk Wöhler, po udanej syntezie mocznika, związku który jest
obecny tylko w moczu zwierząt, napisał w tryumfalnym liście do Berzeliusa:

do zrobienia mocznika

niekoniecznie muszę używać psa

. Zatem, już na początku XIX wieku powstały podstawy do

mechanistycznego wyjaśnienia genezy życia w oparciu o czysto chemiczne zjawiska. Ale w tym
czasie walczono z teorią samorództwa, która była strywializowaną koncepcją arystotelesowskiej

7

czasie walczono z teorią samorództwa, która była strywializowaną koncepcją arystotelesowskiej
tezy Generatio spontanea. Udało się to Ludwikowi Pasteurowi, który wygrał wojnę na probówki
i retorty w 1862 roku. Ludwik Pasteur obalając teorię samorodnego powstawania życia ustanowił
nowy dogmat, omne vivum ex vivo, który wykluczał możliwość spontanicznego powstania życia
z materii nieożywionej.

1828 Fryderyk W

ő

hler (1800-1882

)

List Wöhler’a do Berzeliusa (

22 luty 1828

)

„ Ja mogę otrzymać mocznik z cyjanianu srebra

(AgCNO) i amoniaku, nie potrzebuję do tego
ani nerek, ani też zgoła jakiegokolwiek
zwierzęcia”

zwierzęcia”

Był to koniec poj

ę

cia „Siły

ż

yciowej”(vis vitalis)

w chemii organicznej.

O

NH

2

AgOCN + NH

4

Cl

NH

4

OCN + AgCl

NH OCN

8

O

NH

2

NH

4

OCN

∆∆∆∆

Wybrane wydarzenia z pierwszych stu lat

syntezy organicznej

•

1828 Fryderyk Wöhler

Synteza mocznika

•

1845 Adolf Kolbe

Synteza kwasu octowego

•

1855 Jakub Natanson

Synteza fuksyny

•

1855 Jakub Natanson

Synteza fuksyny

•

1856 Wilhelm H.Perkin

Synteza moweiny

•

1869 Carl Liberman

Carl Gräbe

Synteza alizaryny

•

1878 Adolf Baeyer

Synteza indygo

•

1890 Emil Fischer

Synteza glukozy

•

1901 Richard Willstätter

Synteza tropinonu

•

1903 Gustav Komppa

Synteza kamfory

9

•

1903 Gustav Komppa

Synteza kamfory

•

1909 Paul Friedländer

Synteza purpury tyryjskiej

•

1917 Robert Robinson

Synteza tropinonu

•

1929 Hans Fischer

Synteza hemu

N

H

2

O

NH

2

O

OH

O

OH

O

H

O

H

OH

OH

Me

Me

OH

Me

N

Me

Mocznik

Wohler, 1828

Kwas octowy

Kolbe, 1845

Glukoza

Fischer, 1890

Terpinol

Perkin, 1904

O

N

O

OH

OH

N

N

N

N

COOH

HOOC

Fe +

Kamfora

Tropinon

Perkin, 1904

Komppa, 1903

Robinson, 1917

Hem

Fischer, 1929

Willstätter, 1901

10

N

O

H

OH

Me

H

+

_

Cl

Me

H

O

O

H

COOH

HOOC

Chlorowodorek pirydoksyny

Folkers, 1939

Equilenina

Bachmann, 1939

N

N

Me

N

H

N

C

6

H

5

Me

+

Cl

-

1856 William H. Perkin (1838-1907

)

Moweina

N

N

H

2

N

H

6

5

Me

Moweina

11

12

1878 Adolf von Baeyer (1835-1917)

Synteza Indygo

13

14

INDYGO

Teraz odrobina chemii, o tym, jak zwi

ą

zki wyst

ę

puj

ą

ce w

ro

ś

linach s

ą

przekształcane w indygo…

OH

O

H

O

H

N

OH

H

O

O

N

H

OH

O

H

OH

OH

Indican
Indoxyl-b-D-glucopyranoside

Indoxyl

enzym

O

O

O

O

H

OH

15

N

N

O

O

H

H

Indygo

utlenianie

O

N

H

O

O

O

H

O

CHO

OH

O

+

NaOH

NO

2

NO

2

O

N

O

H

O

CH

3

CO

2

CH

3

+

rozcie

ń

czony

NaOH

16

N

O

H

N

1909 Paul Friedländer (1857-1923)

Purpura tyryjska

N

O

H

Br

N

O

H

Br

N

O

Br

O

N

O

Br

O

SO

3

-

K

+

enzymy

ś

wiatło

utlenianie

17

N

N

O

O

H

H

Br

Br

H

Br

H

Br

utlenianie
tlen

Z 16 000

ś

limaków

Murex brandaris
otrzymywano około
1 grama barwnika

18

19

C

H

NO

2

NOH

NO

2

CHO

NO

2

O

H

O

HBr

NaNO

aceton

Na

3

PO

4

NH

2

Br

Br

N

O

H

Br

NaNO

2

Sachs i Kempf (1903)

Na

3

PO

4

NaOH

20

N

O

H

Br

lub Na

2

CO

3

1901 Richard Willstätter (1872-1942)

Synteza Tropinonu

N

H

3

C

Tropinon

N

O

21

O

NOH

NH

2

Br

Br

Br

Br

(CH

3

)

2

N

NH

2

OH

Na/EtOH

1. MeI

2. AgOH

1. Br

2

chinolina

Br

Br

(CH

3

)

2

N

N

+

Br

Me

2

N

+

Br

N

+

Cl

(CH

3

)

2

N

Me

2

Me

2

1. Br

2

chinolina

1. HBr

1,4 addycja

1,6 addycja

Me

2

NH

Na/EtOH

:

:

Br

2

∆∆∆∆

NaOH

-HBr

Met

+

Cl

-

22

Br

Br

Br

N

N

Br

N

OH

N

O

Me

Me

Me

Me

∆∆∆∆

-HBr

130

o

∆∆∆∆

-MeCl

HBr

H

2

O

H

+

[O]

CrO

3

/ H

+

Y = 0.75%

N

H

3

C

N

H

3

C

OOC

Ph

OH

N

H

3

C

COOMe

OCOPh

Kokaina

Tropinon

N

H

3

C

O

Atropina

N

O

H

3

C

OH

N

H

3

C

COOH

23

O

OOC

Ph

OH

Skopolamina

Ecgonine

OH

1917 sir Robert Robinson (1886-1975)

N

C

H

3

O

Tropinon

24

NMe

O

CHO

CHO

N

H

2

Me

O

Me

Me

+

+

N

Me

CHO

CHO

Me

NH

2

O

CO

2

H

CO H

Inter- and Intra Molecular Mannich Reactions

+

+

O

CO

2

H

CHO

CHO

Me

NH

2

CHO

OH

N

Me

H

N

OH

OH

Me

N

+

OH

Me

+

-H O

25

CHO

N

Me

N

+

OH

Me

Synteza Tropinonu
Robinson R. J.Chem.Soc. 1917, 111, 782-788

-H

2

O

OH

CO

2

H

CO

2

H

N

OH

Me

N

O

CO

2

H

CO

2

H

OH

Me

N

OH

CO

2

H

Me

+

+

+

-H

+

H

+

CO

2

H

CO

2

H

OH

CO

2

H

N

Me

CO

2

H

HO C

N

O

Me

-CO

2

HCl

-H

+

26

O

HO

2

C

O

42%

1929 Hans Fischer (1881-1945)

hemoglobina, bilirubina, chlorofil

N

N

N

N

C

H

3

CH

3

Fe

N

N

OH

N

N

O

H

C

H

3

CH

3

27

C

H

3

CH

3

CO

2

H

HO

2

C

C

H

3

HO

2

C

CH

3

CO

2

H

Hemoglobina

Bilirubina

Me

Me

Chlorofil

Me

Me

Me

Me

O

MeO C

Mg

28

O

O

Me

Me

Me

Me

O

MeO

2

C

Chlorofil

Robert Burns Woodward

29

E.J. Corey

30

K.C. Nicolaou

Matthew J. Campbell and Jeffrey S. Johnson
J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (30), 10370–10371

M. Kevin Brown and E. J. Corey Org. Lett., 2010, 12
(1),172–175

31

Chao Du, Liqi Li, Ying Li, Zhixiang Xie, Angewandte
Chemie International Edition, 2009, 48 (49), 9211

K. C. Nicolaou, David Sarlah, T. Robert Wu,
Weiqiang Zhan, Angewandte Chemie International
Edition 2009, 48, 37, 6870-6874