Retroszintetikus elemzés

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. április 12-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 6 szerkesztést igényelnek .

A retroszintetikus elemzés  egy módszertani megközelítés a szerves kémiában , amelyet összetett szerves vegyületek szintézisének tervezésére fejlesztettek ki, Elias Corey amerikai kémikus dolgozott ki az 1960-as évek közepén, és az 1970-es években ültették át a gyakorlatba. A módszer a kiindulási molekula szerkezetének lépésről lépésre történő egyszerűsítésén alapul, egészen az egyszerű és hozzáférhető kiindulási vegyületekig. Az elemzés eredménye egy olyan kémiai reakcióvázlat, amely lehetővé teszi a célvegyület előállítását az elemzés során kiválasztott rendelkezésre álló reagensekből. A molekulaváz egyszerűsítésének lehetséges lehetőségeinek kombinatorikus felsorolásának technikája számítógép segítségével is megvalósítható, ezért a módszer népszerűsítése és fejlesztése szorosan összefüggött a számítógépek és a számítógépes szintézis fejlődésével .

A módszer kidolgozásáért Corey 1990 - ben kémiai Nobel-díjat kapott .

Történelem

A 20. század második felére a szerves kémia meglehetősen nagy mennyiségű ismert reakciót halmozott fel, amely lehetővé tette szinte bármilyen kívánt molekulaváz létrehozását, és funkciós csoportokkal való kiegészítését a kívánt vegyülethez. Bármilyen összetett szintézis tervezése azonban empirikus módszerekkel történt, ami a vegyésztől széleskörű szemléletet, a reagensek reakcióinak és tulajdonságainak jó ismeretét követelte meg, miközben a hangsúly a kívánt molekula szerkezetében a hasonlóságok megtalálásán volt. és bármely korábban ismert vegyület. Ez a megközelítés nem mindig tette lehetővé az optimális út megtalálását a szakaszok számát tekintve, a végső kimenet helyes értékelését, és a kezdeti szakaszban a legígéretesebb elődök azonosítását. Ennek az időszaknak a tipikus megoldása volt, hogy egy-egy célvegyületre intuíció alapján több lehetséges transzformációs láncot állítottak össze, majd ezek elemzését végezték el. Az átalakítási láncok valahogy így néztek ki:

, ahol A, B, C, D különböző prekurzorok, a nyilak ( ) kémiai reakciók, a TM pedig a célvegyület [1] [2] .

A preparatív szintézis módszerek keresésén alapuló megközelítés problémája az, hogy ezek a módszerek nagyon szűk feltételeket írnak le, és messze nem minden publikált (és ismert) vegyületről. A hasonló struktúrák keresésén alapuló megközelítéssel az a probléma, hogy amikor valóban összetett szerkezetet kell szintetizálni, akkor nehéz teljes hasonlóságot találni más struktúrákkal.

A funkciós csoportok és tipikus struktúrák tulajdonságaira összpontosító fent leírt gondolat alapján (első közelítésben - bármilyen reakcióképességre való tekintet nélkül), figyelmen kívül hagyva a preparatív kémia sajátosságait, és a szintézisek egységesítésének gondolata alapján, 1960-ban – Az 1990-es években Elias Corey amerikai kémikusnak sikerült kidolgoznia a szintézistervezés szisztematikus megközelítését, amelyet később retroszintetikus elemzésnek neveztek. Új megközelítése a szintézissel ellentétes irányú elemzést hangsúlyozta; a célvegyülettől a prekurzorokig. Az elemzési séma a következőképpen írható fel:

, ahol a jelölések hasonlóak a fent megadottakhoz, és a nyilak ( ) egy új fogalmat jelöltek, úgynevezett transzformálisan végrehajtott reakciókat, amelyek inverzek a szintézisreakciókkal [1] [2] .

Magán az elemzési stratégián túlmenően kidolgozásra kerültek a kapcsolódó módszerek és molekuláris szerkezetekkel végzett manipulációk, valamint bizonyos szabályok is, amelyek lehetővé teszik a végső szintézis lánc felépítését az eredményekből. Ez az új módszertan az 1970-es években sok kémikus támogatására tett szert, és Stuart Warren monográfiái (mint például [3] [4] [5] ) segítették népszerűsítését. A retroszintetikus elemzés fejlesztéséért Elias Corey 1990-ben kémiai Nobel-díjat kapott [2] .

A retro-szintetikus áramkörök építésének automatizálására és összehasonlítására néhány szoftvercsomagot fejlesztettek ki [6] . A szerkezet egyszerűsítésének és a szintézisséma felépítésének gondolata alapján, kizárólag a szerkezetek tulajdonságai alapján, nem pedig valódi, empirikusan tesztelt laboratóriumi szintézismódszerek alapján, egy hipotetikus út jön létre számos köztes vegyületen keresztül. Hozzáférés a publikációk és a vegyületek leírásai adatbázisához az elemzés minden szakaszában kérhető annak megállapítására, hogy a javasolt intermedier komponens létezik-e már a szakirodalomban. Ebben az esetben a komplex további tanulmányozása nem szükséges. Ha ez a vegyület létezik (leírását és valódi preparatív szintézismódszerét publikálták), kiindulópontja lehet a szintézisséma felépítésének további lépéseinek.

Végső soron azonban nem mondható el, hogy a retro-szintézis fogalmának megjelenése azt eredményezte volna, hogy megszűnt volna a rendkívül széles kémiai látókör, a reagensek reakcióinak és tulajdonságainak megfelelő ismerete, valamint az intuitív gondolkodásmód szükségessége. a kémikus sejtéseit nem szüntették meg. Csak most az egyirányú keresés kétirányú lett. Ahogy maga a koncepció szerzője írja egy 1988-as kiadványában:

A szintetikus kémikus több, mint logikus és stratéga; ő egy felfedező, akit erősen befolyásol az elmélkedés, a spekuláció, a képzelet és a kreativitás. Ezek a hozzáadott elemek a szintézis alapelveinek katalogizálásába aligha beilleszthető művészi vonást adnak, de nagyon is valóságosak és rendkívül fontosak. Továbbá hangsúlyozni kell, hogy az intellektuális folyamatok, mint például a retronok és szintonok felismerése és használata jelentős képességeket és ismereteket igényelnek; a zsenialitás és az eredetiség itt is tág kifejezési lehetőséget talál. Feltételezhető, hogy a legkiemelkedőbb szintetikus tanulmányok közül sok két különböző kutatási filozófia egyensúlyát jelentette, amelyek közül az egyik az ismert módszertanon és a modern elméleten alapuló deduktív elemzés eszményét testesíti meg, a másik pedig az innovációt, sőt a spekulációt hangsúlyozta. A szintézisprobléma vonzereje és vonzereje várhatóan eléri a gyakorlati megfontolásokkal összemérhetetlen szintet, ha egyértelmű kihívást jelent a szintetizátor kreativitása, eredetisége és képzelőereje számára.

- Corey EJ Robert Robinson előadása. Retroszintetikus gondolkodás – alapismeretek és példák //Chemical Society Reviews. - 1988. - T. 17. - S. 111-133

A módszer és a terminológia céljai

A módszer alapfogalmai:


A retroszintetikus analízis fő feladata a molekulaváznak olyan szintonokká történő felosztása, amelyekhez kémiai reakciókkal valódi vegyületeket lehet előállítani. A komplex célvegyületek esetében ezen kívül a feladatsor tartalmazza az ilyen átalakítások különféle sémáinak átgondolását és az optimálisak kiválasztását, figyelembe véve a bázikus vegyületek elérhetőségét, a kémiai reakciók számát és összetettségét, valamint egyéb paramétereket. [7] [8] .

Elemzés folyamata

Az elemzés a célmolekula mérlegelésének szakaszával kezdődik a legvalószínűbb prekurzor ( prekurzor ) meghatározása érdekében, míg a szintézisnek csak a célvegyülethez vezető utolsó szakaszát veszik figyelembe. Ezt a szakaszt retroszintetikus szakasznak nevezik. Egy ilyen vegyület, az úgynevezett első prekurzor azonosítása után az elemzés folytatódhat, de a második szakaszban ez az első előanyag már célvegyületként fog működni, és az eredmény egy másik vegyület lesz - a második prekurzor és így tovább . 1] .

Más szavakkal, (a) a kapcsolatot nem tekintjük egésznek – szerkezeti töredékekre oszlik; (b) mindegyikkel kapcsolatban vagy az egyes köztes kapcsolatokkal kapcsolatban az áramkör felépítésének minden lépésében a kutató felteszi magának a kérdést: "miből nyerhető ez a struktúra egy lépésben?", ami egy alapvető általános elméleti válasz. Felsorolja az összes lehetséges választ. És ezt a lépést addig ismétli, amíg a sémát a laboratóriuma rendelkezésére álló reagensekre redukálják.


Elemzési stratégiák

Az alkalmazott transzformációs megközelítések a következők szerint csoportosíthatók:

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 3 4 Traven, 2015 , p. 144-145.
  2. ↑ 1 2 3 Dyadchenko, 2011 , p. 637-639.
  3. ↑ Warren S. Szerves szintézisek tervezése: programozott bevezetés a szinton megközelítésbe. – John Wiley & Sons, 1991.
  4. ↑ Wyatt P., Warren S. Szerves szintézis: stratégia és irányítás. – John Wiley & Sons, 2007.
  5. ↑ Warren S. Szerves szintézis: a szétkapcsoló megközelítés. – John Wiley & Sons, 2007.
  6. ↑ Jog J. et al. Útvonaltervező: retroszintetikus elemző eszköz, amely automatizált retroszintetikus szabálygenerálást használ //Journal of Chemical Information and Modeling. - 2009. - T. 49. - Nem. 3. - S. 593-602.
  7. ↑ 1 2 Szokolov, 1995 .
  8. ↑ 1 2 Dilman .
  9. ↑ 1 2 3 Corey EJ Robert Robinson előadása. Retroszintetikus gondolkodás – alapismeretek és példák //Chemical Society Reviews. - 1988. - T. 17. - S. 111-133.

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák