Retrosyntéza v aldolové kondenzaci

Už jsme probrali různé druhy aldolových kondenzací a detailně jsme prostudovali jejich mechanismy. Teď se budeme věnovat stejné reakci, avšak v obráceném pořadí. Začneme retro aldolovou reakcí, a podíváme se, jak jej můžeme uplatnit v retrosyntéze. Začneme tímto cinnamaldehydem. Pokud provedeme retroaldolovou reakci, pak její mechanismus bude mechanismem aldolové reakce v obráceném pořadí. Pokud máme bázi, jako je například uhličitan sodný, získáme benzaldehyd a acetaldehyd. Cinnamaldehyd je molekulou způsobující vůni skořice, benzaldehyd voní po mandlech, proto tato reakce je velmi příjemná. Začnete molekulou vonící po skořici, a získáte molekulu vonící po mandlech. Pojďme se podívat na strukturu výchozí látky, abychom zjistili jak z ní lze získat produkty reakce. Víme, že uhlík vedle karbonylové skupiny je alfa-uhlíkem. Další atom uhlíku je beta-uhlíkem. Víme, že v této molekule máme na alfa-uhlíku atom vodíku. Musí dojít k roztržení dvojné vazby. Tyto dva atomy uhlíku patří acetaldehydu. Takže tyto dva uhlíky jsou zde a tohle je atom vodíku na alfa-uhlíku. Na struktuře vpravo vidíme, že máme ještě dva atomy vodíku na alfa-uhlíku. Jelikož reakci děláme v obráceném pořadí, musíme přidat dva atomy vodíku na tento alfa-uhlík. Takže sem napíšeme H₂. Dále musíme přidat atom kyslíku na beta-uhlík. Celkem musíme přidat H₂O. Víme, že na tomto beta-uhlíku už je vodík, takže tohle může být vodík na tomto uhlíku. Pokud přidáme atom kyslíku na tento uhlík, bude to potom tento kyslík. Uvažujeme o tom v obráceném pořadí. Přidáváme vodu, štěpíme dvojnou vazbu, přidáváme kyslík a dva vodíky, a získáváme tím produkt. Nebo o tom můžeme přemýšlet obráceně. V tomto místě dojde ke ztrátě molekuly vody, tyto dva fragmenty se spojí dohromady a vytvoří produkt aldolové kondenzace. Tento způsob myšlení, který se nazývá retrosyntéza, může být velmi užitečným. Například máte ve zkoušce otázku, jak se dá udělat tento enon, Ke zjištění odpovědi můžete provést stejnou retro analýzu. Najdeme zde tento alfa uhlík. Tohle je alfa-uhlík, tohle je beta-uhlík. Víme, že na alfa-uhlíku je atom vodíku. Víme, že musí dojít k roztržení dvojné vazby. Nakreslíme zde šipku retrosyntézy. Roztrhneme tuto dvojnou vazbu. Vlevo pak budeme mít tento aromatický kruh. Zde bude karbonylová skupina. Na tomto alfa-uhlíku máme alfa-uhlík. Víme, že na tento alfa-uhlík musíme přidat ještě dva atomy vodíku. Tím vznikne keton, který potřebujeme. Víme, že na tomto beta-uhlíku je atom vodíku, takže na něj musíme přidat ještě jeden kyslík. Tohle je způsob, jak nad tím můžeme uvažovat. Takže zde vpravo budeme mít karbonylovou skupinu. Sem přidáváme atom kyslíku. Zde je atom vodíku, který nakreslíme modrou barvou. Dále nakreslíme aromatický kruh. Takže zde máme benzenové jádro. Zde je nitro skupina na benzenovém jádře. Musíme si zkontrolovat, že jsme všechno provedli správně. Z této části odstraníme vodu a tyto dva fragmenty spojíme dohromady. Tím vznikne konjugovaný enon, který tu máme znázorněný vlevo. Je to užitečný způsob jak uvažovat o průběhu organických reakcí. A pokud máte zadané i reakční podmínky, jste schopní nakreslit celou reakci. Například bychom potřebovali začít tímto ketonem. Dále budu potřebovat aldehyd. Překreslíme si 4-nitrobenzaldehyd jako produkt. Tento keton odpovídá molekule z předchozí reakce. A tento 4-nitrobenzaldehyd je to, co máme zde. Reakcí těchto dvou molekul získáme tento konjugovaný enon. Musíme si dávat pozor na alfa-vodíky. 4-nitrobenzaldehyd nemá žádné alfa-vodíky. Tento uhlík nemá atomy vodíků. Takže jediným zdrojem alfa-vodíků je tento uhlík v této molekule. Tohle je jediným alfa-uhlíkem s alfa-vodíky. Dále budeme určitě potřebovat báze, abychom provedli alfa-kondenzaci. Potřebujeme něco, jako je hydroxid sodný. Připravíme roztok hydroxidu sodného ve vodě a dále přidáme ethanol. Takže reakcí tohoto ketonu s aldehydem za těchto reakčních podmínek získáme konjugovaný enon jako hlavní produkt. Musíme uvažovat o této reakci v obráceném pořadí. Pojďme na další příklad. Tento bude trochu jiný, protože už nemáme enon anebo enal jako cílovou látku, místo toho máme aldolový produkt. Můžeme o tom uvažovat stejným způsobem. Najdeme karbonylovou skupinu, uhlík vedle ni je alfa-uhlík a tento uhlík je beta-uhlík. Dále víme, že došlo k vytvoření této vazby. Takže musíme tuto vazbu roztrhnout. Víme, že máme na tom uhlíku alfa-vodík, takže nakreslíme ten alfa-vodík. Budeme to řešit retrosynteticky, proto zde nakreslíme retrosyntetickou šipku. V levé části máme první uhlík, druhý, třetí, čtvrtý a pátý. V této části máme pět atomů uhlíků. Zakreslíme tyto uhlíky. Máme tu karbonylovou skupinu, pět atomů uhlíků, dále tu máme tento purpurový vodík, takže přidáme pouze jeden vodík. Nakreslíme tento vodík zelenou barvou, protože nemáme konjugovaný produkt. Zastavili jsme se ve stadiu aldolu. Nebudeme ještě přidávat dva vodíky, přidáme zde pouze jeden. Co ještě potřebujeme? Podíváme se na tento vodík na tomto uhlíku. Spočítáme, kolik uhlíků máme ve druhé látce. První, druhý, třetí, čtvrtý. Potřebujeme čtyřuhlíkatý karbonyl. Zde máme atom vodíku, takže to bude to čtyřuhlíkatý aldehyd. Nakreslíme to. Jeden, dva, tři, čtyři a atom vodíku. Takže teď jsme pomocí retrosyntetické analýzy zjistili, z jakých výchozích látek lze připravit tento aldolový produkt. Potřebujeme tento aldehyd a tento keton. Ale pokud chceme opravdu syntetizovat molekulu vlevo, musíme s tím být trochu opatrní. Potřebujeme provést přímočarou aldolovou adici. Řekněme, že začneme tímto ketonem. Překreslíme si tuto molekulu. Ale nakreslíme ji trochu jinak. Tohle bude naším ketonem, ke kterému budeme přidávat LDA. Dojde ke vzniku lithného enolátu. Jakmile připravíme lithný enolát, můžeme přidávat aldehyd. Takže ve druhém kroku přidáváme aldehyd. O tom jsme se bavili v předchozích videích. Máme tu tento čtyřuhlíkatý aldehyd, neboli butanal. Dojde ke vzniku alkoxidu lithného. Později budeme potřebovat naprotonovat alkoxid, takže během zpracování přidáme vodu. Tímto dojde ke vzniku aldolového produktu, takovým způsobem obecně vznikají aldolové produkty. Nakreslíme, že dojde ke vzniku toho produktu. Přímá aldolová adice. Uděláme ještě jeden příklad na retrosyntetický postup. Podíváme se, jak lze připravit tuto molekulu. Je to něco trochu jiného, než bylo předtím. Ale budeme používat stejný přistup. Nejdřív najdeme alfa-uhlík vedle karbonylové skupiny. Další uhlík je beta-uhlíkem. Takže potřebujeme roztrhnout dvojnou vazbu a přidat dva atomy vodíku na alfa-uhlík. Provádíme retrosyntetickou analýzu. Zde máme cyklus. Dále nakreslíme zbytek molekuly. Zde máme dva atomy vodíku. Budeme potřebovat trochu více místa. Nejednodušší bude nejdřív přidat atom kyslíku na beta-uhlík, takže to udělejme. Víme, že na beta-uhlík musíme přidat kyslík. Tento přidaný atom kyslíku označíme zeleně. Dále máme přidat dva vodíky na alfa-uhlík. Máme zde alfa-uhlík a takhle přidáme dva vodíky. Tyto vodíky označíme zeleně. Zde máme karbonylovou skupinu. Dále je potřeba si zkontrolovat, že máme správný počet uhlíků. Ukážeme všechny uhlíky. Tento uhlík je tímto uhlíkem. Tento uhlík je tímto uhlíkem. A nakonec tento karbonyl je zde. Vidíme, že došlo k intramolekulární aldolové kondenzaci. Pokud dojde ke ztrátě vody a spojení těchto dvou fragmentů dohromady, vznikne tato sloučenina vlevo. Je to velmi zajímavá reakce. Tuto molekulu můžete překreslit tímto způsobem, ale většinou budete mít podobné molekuly zakreslené trochu jinak. Uvidíte to takhle. Nakreslíme to a přiřadíme atomy uhlíků. Purpurový uhlík je tímto uhlíkem. Modrý uhlík je tento uhlík. Červený uhlík je tento uhlík s karbonylovou skupinou. Dále pojďme označit tento alfa-uhlík zeleně. Tohle tedy musí být výchozí látka, takže přidáním báze lze z této molekuly získat tento produkt. Ukázali jsme si případ intramolekulární aldolové kondenzace. V dalším videu se tomu budeme věnovat více.