Syntéza substituovaných benzenových jader II

Naším cílem je syntetizovat jednoduché organické molekuly, přičemž vycházíme z benzenu. Tentokrát chceme připravit tuto molekulu napravo. Opět použijeme koncept retrosyntézy. Budeme postupovat od produktu nazpátek a zamýšlet se nad tím, co by mohl být přímý prekurzor této molekuly. Začneme rozborem skupin, které jsou na kruhu navázány. Tady máme aminoskupinu. Víme, že to je substituent I. třídy. Víme to, protože přímo vedle kruhu je volný elektronový pár na dusíku. A tady máme karboxylovou skupinu navázanou na kruh. Také víme, že tato karbonylová skupina je částečně kladná, takže je to substituent II. třídy. Ještě jsme se nebavili o reakcích, které vedou k navázání aminoskupiny vzhledem ke karboxylové skupině do polohy meta. Už jsme se ale bavili o tom jak navázat nitroskupinu do polohy meta vzhledem ke karboxylové skupině. Pojďme převést aminoskupinu na nitroskupinu. Nakreslím sem benzenové jádro. Na něj dám karboxylovou kyselinu. A místo aminoskupiny nakreslím nitroskupinu. Takže teď se musíme zamyslet nad tím, jak zredukovat nitroskupinu na aminoskupinu. Existuje mnoho způsobů jak to udělat. Můžeme použít kov například železo a kyselinu chlorovodíkovou. Nebo můžeme použít cín. A nebo vodík a kovový katalyzátor, například nikl. Je tedy mnoho způsobů jak na benzenovém jádru zredukovat nitroskupinu na aminoskupinu. Takže teď už víme, jak navázat nitroskupinu do polohy meta vzhledem ke karboxylové kyselině. Takže tohle je substituent II. třídy. Pokud odeberu nitroskupinu, tak získám prekurzor pro tuto molekulu, kterým je kyselina benzoová. Nakreslím ji sem. Jaké reagenty budu potřebovat pro nitraci? Budou to koncentrované kyseliny dusičná a sírová. Karbonylová skupina je vzhledem ke karboxylové kyselině substituent II. třídy, proto bude nitroskupina v pozici meta. Takže teď tu mám kyselinu benzoovou. Potřebuji tedy z benzenu vytvořit kyselinu benzoovou. Vzpomeňte si na jednu z těch reakcí, kterými jsme se zabývali ve videu o polohách benzylu. Kyselinu benzoovou jsme byli schopni vytvořit z alkylbenzenu. Takže přímý prekurzor této molekuly musí být alkylbenzen. Takže benzenové jádro s navázanou alkylovou skupinou. Abychom si to zjednodušili, tak na něm bude methylová skupina. Takže přímým prekurzorem kyseliny benzoové bude toluen. Aby došlo k oxidaci alkylového postranního řetězce, tak musíme přidat činidlo jako třeba dichroman sodný, Na₂Cr₂O₇. Také zdroj protonů, například kyselinu sírovou, a také teplo. Tímto způsobem dojde k oxidaci alkylbenzenu. Také byste tuto reakci mohli provést s manganistanem a teplem. Na postranním alkylovém řetězci by přitom mohlo být libovolné množství uhlíků. Zvolil jsem jen jeden, abychom to měli snazší. Takže po oxidaci této skupiny, se tento uhlík přemění na tento uhlík. Teď musíme převést benzen na toluen. K tomu můžeme použít Friedelovu-Craftsovu alkylaci. Budeme potřebovat jeden uhlík. Pro alkyl chlorid budeme potřebovat chlorid s jedním uhlíkem, takže CH₃Cl. Katalyzátorem Friedelovy-Craftsovy alkylace bude chlorid hlinitý. Teď už máme všechny kroky syntézy. Pojďme si celou reakci ještě rychle projít. Dávejte pozor, aby všechno dávalo smysl. Začneme benzenem. Provedeme Friedelovu-Craftsovu alkylaci, takže na benzenové jádro dáme methylovou skupinu, aby vznikl toluen. Dále použijeme dichroman sodný na oxidaci postranního alkylového řetězce. Tím dojde ke vzniku karboxylové kyseliny, která je teď substituentem II. třídy. Takže pokud navážeme nitro skupinu na benzenové jádro, tak bude vůči karboxylové skupině v pozici meta. Nakonec provedeme redukci nitro skupiny na amino skupinu a máme hotovo. Podívejme se na ještě jeden příklad. Tentokrát je naše cílová molekula tady. Hned vidím, že brom je v benzylové poloze, tedy uhlík je hned vedle benzenového jádra. A znám reakci, kterou brom do této pozice dostanu. Možná si vzpomenete na radikálovou bromaci. Nakreslím prekurzor této molekuly, což bude benzenový kruh. Tento brom je na kruhu. A tady je ethylová skupina. Ještě budu potřebovat činidlo NBS a teplo. Mohl bych použít tetrachlormethan jako rozpouštědlo. A peroxid k iniciování mechanismu radikálové bromace. Tohle tedy je radikálová bromace. Díky ní bude brom v benzylové poloze. Teď zkusíme nakreslit prekurzor této molekuly. Nejprve si určíme, jaké skupiny jsou na kruhu. Tento ethyl je alkylová skupina. Vzpomeňte si, že to je substituent I. třídy. Tento brom je také substituent I. třídy, protože na sobě má volné elektronové páry. Takže tohle je substituent I. třídy. Na kruhu máme dva substituenty I. třídy, které jsou ve vzájemné poloze meta. Takže musíme přijít na to, jak jeden ze substituentů I. třídy přeměnit na substituent II. třídy. Dobrým způsobem by bylo převést alkylovou skupinu na skupinu s karbonylovou skupinu, takže na acylovou skupinu. Nakreslím sem benzenový kruh. Brom nechám tady. Místo alkylové skupiny tu budeme mít acylovou skupinu, protože acylová skupina je substituent II. třídy. Takže tento uhlík je částečně kladný. Musíme se tedy zamyslet nad tím, jak provést redukci acylu na alkyl. Jednou z možností je Clemmensova redukce. Budeme potřebovat amalgám zinku, takže zinek s rtutí, a HCl. Tím dojde k redukci acylové skupiny na alkylovou skupinu. Teď tu máme acylovou skupinu, která je substituent II. třídy. Takže nám umožní umístit brom do pozice meta vzhledem k acylu. Když chci určit prekurzor této molekuly, tak jen odeberu brom. Mám tu tedy benzenový kruh a na něm acylovou skupinu. Jelikož tohle je substituent II. třídy, tak mi stačí provést bromaci. Budu tedy potřebovat brom a katalyzátor FeBr₃. Pak to bude fungovat. Nakonec se musíme dostat od benzenu k této molekule. Opět k tomu použiji Friedelovu-Craftsovu acylaci. Abych ji mohl provést, tak budu potřebovat dva uhlíky. Takže abychom vytvořili acyl chlorid, tak potřebujeme molekulu se dvěma uhlíky. Jako katalyzátor opět použiji chlorid hlinitý. Tím budeme mít všechny kroky syntézy. Pojďme si je znovu všechny projít. Začneme od benzenu. Provedeme Friedelovu-Craftsvou acylaci, abychom acyl umístili na kruh. Acyl je substituent II.třídy. Následuje bromace. Brom umístíme do polohy meta vzhledem k acylu. Poté použijeme amalgám zinku, aby došlo k redukci acylu a přeměně na tuto ethylovou skupinu. A nakonec provedeme radikálovou bromaci, abychom dostali brom do benzylové pozice. A máme to. Takže využívejte retrosyntézy. A výslednou syntézu po sobě dvakrát zkotrolujte, zda všechny kroky dávají smysl.