ДИСЦИПЛИНА

ДИСЦИПЛИНА «СОВРЕМЕННЫЙ ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ»
Научная специальность: 02.00.10 «Биоорганическая химия»
Цикл дисциплин (по учебному плану): ОД.А. 06(ДВ).
Курс:
Трудоёмкость: 3 зачетных единицы
Трудоёмкость: 108 часов
Количество аудиторных часов на дисциплину: 12 часов
В том числе:
Лекции: 12 часов
Практические и семинарские занятия: 0 часов
Количество часов на самостоятельную работу: 96 часов
Рабочая программа дисциплины ОД.А.06 «Современный органический синтез»
составлена на основании федеральных государственных требований к структуре основной
профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального
образования (аспирантура) от 16 марта 2011 №1365 и учебного плана подготовки
аспирантов по основной профессиональной образовательной программе послевузовского
профессионального
образования
(аспирантура)
по
специальности
02.00.10
«Биоорганическая химия» (химия).
1. Цели дисциплины:
На основе системного подхода сформировать у студентов фундаментальные научные
знания о предмете органической химии, изложить общие важнейшие закономерности
реакций органических соединений, дать представления об основных классах органических
соединений; развить на основе теоретических знаний навыки практической работы в
области органического синтеза. Формирование знаний в области органического синтеза;
освоение методов получения сложных органических соединений.
Задачи дисциплины:
Формирование навыков в области современного органического синтеза; изучение методов
образования углерод-углеродной связи; методов получения алифатических, циклических
и полициклических структур; подходов к планированию синтеза природных соединений.
Итоговый контроль – зачеты и экзамен
2. Место дисциплины в структуре ООП
Настоящая программа составлена на основе программы–минимум кандидатского экзамена
по специальности 02.00.10 «Биоорганическая химия», принятой экспертным советом
Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской
Федерации по химии (по органической химии).
Данная дисциплина относится к группе специальных дисциплин отрасли науки и научной
специальности ООП ППО (в соответствии с Федеральными государственными
требованиями (ФГТ)).
Настоящая обязательная дисциплина «Современный органический синтез» - модуль
основной образовательной программы послевузовского профессионального образования
(ООП ППО) по специальности 02.00.10 - биоорганическая химия.
Обучающийся по данной дисциплине должен иметь представления об основных классах
органических соединений, механизмах органических реакций и стереохимии.
3. Содержание дисциплины
1. Общие принципы органического синтеза.
Основные тенденции развития органического синтеза. Практическая направленность и
фундаментальное значение. Стратегия синтеза. Линейный и конвергентный подходы.
Каскадные последовательности реакций в коротких схемах полного синтеза.
Органические реакции и синтетические методы. Оптимизация классических и разработка
новых синтетических методов. Ретросинтетический анализ.
2. Литий- и магнийорганические соединения как С-нуклеофилы и как
предшественники других металлорганических реагентов.
Литийорганические реагенты (методы получения, стабильность, основность, реакционная
способность). Реагенты Гриньяра (методы получения), реагенты содержащие
функциональные группы. Металлорганические реагенты других классов.
3. Купратные реагенты в реакциях С-С сочетания.
Классический вариант реакции Вюрца и проблема хемоселективности. Общая
характеристика купратных реагентов. Особенности реакционной способности
органокупратов как С-нуклеофилов. Купратный вариант сочетания по Вюрцу. Реакции с
алкильными электрофилами. Реакции образования sp2-sp3 C-C связи. Реакции с
аллильными электрофилами. Эпоксиды и лактоны как электрофилы.
4. Использование ацетиленов в синтезе ациклических соединений.
Терминальные
ацетилены
как
эквиваленты
ацетиленид-анонов.
Реакции
карбометаллирования
алкинов.
Присоединение
купратных
реагентов.
Карбоалюминирование. Реакции гидрометаллирования тройной связи.
5. Методы образования углерод-углеродной связи с использованием катализа
комплексами палладия.
Общая характеристика палладиевых катализаторов. Реакция Хека. Сочетания с
использованием металлоорганических соединений (реакция Стилле, Сузуки). Реакция
карбонилирования. Реакция Соногаширы. Реакции аллилирования.
6. Карбонильная группа как электрофил в реакциях образования углеродуглеродной связи. Реакция Гриньяра и родственные превращения.
Общая характеристика реакции Гриньяра как синтетического метода. Цериевые реагенты
и возможности расширения области применения метода. Карбоновые кислоты и их
производные как субстраты в реакции с карбанионными реагентами. Некоторые
простейшие функционально замещенные карабанионные реагенты. Стереохимия
нуклеофильного присоединения по карбонильной группе. Правило Крама. Правило
Фелкина-Ана. Модель хелатирования. Стереохимические особенности присоединения к
циклоалканонам. Реакции цинкорганических реагентов. Общая характеристика
препаративных возможностей реакции Реформатского. Цинковые производные как
эквиваленты гомоенолятных синтонов. Функционально замещенные цинкорганические
реагенты. Каталитическое энантиоселективное присоединение. Аллильные производные
кремния и олова как С-нуклеофилы. Общая характеристика хемо- и региоселективности
реакции. Контроль диастереоселективности присоединения. Аллилбораны как реагенты
для синтеза гомоаллильных спиртов.
7. Алкилирование енолятов как один из универсальных путей создания sp3-sp3
углерод-углеродной связи.
Введение: С-Н кислотность карбонильных соединений и кетоенольная таутомерия.
Амбидентность ионных енолятов в реакциях с электрофилами. Особенности реакций
циклических 1,3-дикетонов. Проблема образования продуктов полиалкилирования и
самоконденсации. Химия ацетоуксусного и малоновго эфиров. Региоселективность
алкилирования циклоалканонов. Методы генерации енолят-анионов в условиях
кинетического и термодинамического контроля. Использование азотсодержащих
производных альдегидов и кетонов для обеспечения хемо-, регио и стереоселективности
реакций -алкилирования. Ионные еноляты карбоновых кислот и их производных.
Литиевые еноляты из кислот и сложных эфиров. Литиевые еноляты Nацилизоксазолидонов. Асимметрический синтез -замещенных карбоновых кислот.
Еноляты на основе производных - и -оксикислот. Ковалентные еноляты и их реакции с
электрофилами. Синтез силиленолятов. Силиленоляты в реакциях с катионоидными
электрофилами. Электрофилы SN2-типа в реакциях с ковалентными енолятами. Енамины
как эквиваленты енолят анионов.
8. Альдольная реакция.
Основный и кислотный катализ. Использование литиевых м силильных енолятов. Реакция
Мукаямы. Ацетали как электрофилы в реакции с силиленолятами. Силиленоляты как
предшественники енолят-анионов. Диастереоселективность и энантиоселективность.
Реакции альдегидов, содержащих асимметрический центр. Диастереоселективность в
реакции прохиральных альдегидов с прохиральными енолятами. Реакции енолятов,
содержащих асимметрический центр. Использование реагентов Эванса. Еноляты,
содержащие хиральные заместители при атоме металла. Асимметрический катализ.
Органокатализ. Использование альдольной реакции в синтезе природных соединений.
9. Реакция Михаэля.
Реакции акцепторов Михаэля с гетероатомными нуклеофилами. Реакции акцепторов
Михаэля с С-нуклеофилами.9.3.1. Цианид и нитронат анионы как нуклеофилы. Еноляты
1,3-дикарбонильных соединений как нуклеофилы. Енамины как нуклеофилы.
Силиленоляты как С-нуклеофилы. Аллилсиланы как нуклеофилы. Нитросоединения как
акцепторы Михаэля в синтезе 1,4-дифункциональных соединений. Селективность
присоединения карбанионных реагентов к ,-непредельным карбонильным соединениям.
Купраты как эквиваленты С-нуклеофилов. Силилирующие реагенты как активаторы
присоединения купратов. Каталитическая асимметрическая реакция Михаэля.
10. Реакция Михаэля как стратегическая реакция в полном синтезе
Последовательное присоединение-алкилирование. Присоединение-алкилирование как
ключевая стадия в синтезе природных соединений. Некоторые новые подходы к
реализации 1,4-присоединения С-нуклеофилов к сопряженным карбонильным
соединениям. Реакция Бейлиса-Хиллмана.
11. Олефинирование карбонильной группы. Реакции Виттига и Хорнера-УодсвортаЭммонса.
Фосфониевые илиды (фосфораны) в реакции олефинирования. Общая характеристика
реакции. Механизм и область синтетического применения. Heстабилизированные илиды
фосфора в стереоконтролируемом синтезе алкенов. Стабилизированные илиды фосфора в
синтезе ,-непредельных карбонильных производных. Дополнительные синтетические
возможности реакций функционализированных фосфоний-илидов. Реакция Виттига в
синтезе природных соединений. Связка присоединение по Михаэлю-реакция Виттига в
синтезе непредельных соединений. Фосфонаты в реакциях олефинирования. Реакция
Хорнера-Уодсворта-Эммонса. Возможности контролируемого создания Е- и Z-алкеновых
фрагментов. Фосфонатное олефинирования в синтезе природных соединений.
12. -Гетероатомные карбанионы в реакциях с карбонильными соединениями.
Реакция Петерсона. Метиленирование карбонильных соединений карбеновыми
комплексами титана. Илиды серы в реакциях с альдегидами и кетонами.
13. Эквиваленты ацил-анионов в реакциях образования углерод-углеродной связи.
1,3-Дитианы: реакции алкилирования и ацилирования литиевых производных дитианов.
Литий-дитианы в реакциях Михаэля. Литий-1,3-дитиан как бидентантный реагент в
синтезах природных соединений. Реакции 2-литий-2-силил-1,3-дитиана с эпоксидами.
Перегруппировка
Брука.
Ациклические
тиоацетали.
Кетентиоацетали.
Трис(арилтио)ортомуравьиный эфир. Защищенные циангидрины альдегидов. Реакции
альдегидов в условиях катализа цианид-ионом или солями тиазолия.
14. Перегруппировка Кляйзена.
Общая характеристика реакции. Применение в синтезе природных соединений. Реакция
Кэррола. Катализ кислотами Льюиса. Перегруппировки кетенацеталей. Использование
ортоэфиров для генерации кетенацеталей. Силилкетенацетали в перегруппировках
Кляйзена. Синтез аллилвиниловых эфиров по реакциям Виттига и Теббе. Тиа- и азаперегруппировки Кляйзена.
15. Перегруппировка Коупа.
Стереохимия и структурные эффекты в перегруппировки Коупа. Перегруппировка Коупа
как путь трансформации карбоциклических структур. Перегруппировка окси-Коупа и ее
алкоксидный вариант. Перегруппировка окси-Коупа как ключевая стадия формирования
полициклических структур. Каскадные превращения с использованием перегруппировки
окси-Коупа. Комбинация перегруппировки окси-Коупа и внутримолекулярной атаки по
карбонильной группе. Последовательности сигматропных перегруппировок. Комбинация
перегруппировки окси-Коупа и реакции Манниха.
16. Синтез энантиомерно чистых соединений.
Общие подходы к синтезу энантиомерно чистых соединений.
Восстановление
карбонильной группы. Стехиометрические реагенты. Восстановление Кори-БакшиШибата. Восстановление, катализируемое комплексами рутения. Гидрирование двойной
углерод-углеродной связи. Реакции эпоксидирования. Эпоксидирование по Шарплесу,
Джакобсену, Ши. Асимметрическое дигидроксилирование алкенов. Нелинейный эффект.
17. Методы образования трехчленного цикла.
Внутримолекулярные реакции Вюрца и алкилирования енолятов в синтезах
циклопропанов.
Илиды
серы
как
реагенты
циклопропанирования.
[2+1]
Циклоприсоединение как общий метод синтеза циклопропанов. Карбены: особенности
строения и реакционной способности. Генерация карбенов из ди- и тригалогеналканов.
Методы генерации карбенов и карбеноидов из диазосоединений. Внутримолекулярное
циклопропанирование в синтезе природных соединений. Синтез напряженных структур.
Реакция Симмонса-Смита. Реакция Кулинковича.
18. Методы образования четырехчленного цикла.
Циклизация 1,4-бифункциональных производных. Реакции расширения трехчленного
цикла в синтезе циклобутанов. Термическое [2+2]-циклоприсоединение. Возможности
использования
катализа
кислотами
Льюиса.
Кетены
в
реакциях
[2+2]циклоприсоединения.
Фотохимическое
[2+2]-циклоприсоединение
алкен-енон.
Межмолекулярный вариант реакции. Внутримолекулярный вариант фотохимического
присоединения алкен-енон. [2+2]-Фотоциклоприсоединение олефинов, катализируемое
солями меди.
19. Анионные и катионные циклизации в синтезе циклопентановых систем.
Методы, основанные на реакциях карбанионного типа. Алкилирование и ацилирование
енолятов. Внутримолекулярная альдольная конденсация. Сопряженные еноны в реакциях
циклопентаноаннелирования. Последовательность альдольной конденсации и реакции
Михаэля. Циклизация алкениллитиевых или алкенилмагниевых производных.
Внутримолекулярное внедрение карбенов по С-Н связи. Реакции [2+3]
циклоприсоединения. Катализируемая комплексами железа реакция ,’-дибромкетонов с
алкенами. Циклопентаноаннелирование, катализируемое комплексами палладия. Реакция
Посона-Канда. Реакция Назарова.
20. Анионные и катионные циклизации в синтезе циклогексановых систем.
Анионная циклизация 1,5-дикарбонильных соединений. Реакция Робинсона. Проблемы
хемо- и региоселектвиности реакции. Синтетические эквиваленты метилвинилкетона.
Циклические 1,3-дикетоны как субстраты реакции аннелирования. Энантиоселективный
вариант циклизации. Силиловые эфиры енолов в синтезе субстратов для циклизации.
Катионные циклизации 1,5-полиеновых систем. Биогенез полициклических терпеноидов и
стероидов. Катионная циклизация в синтезе полициклических соединений. Протонные
кислоты и соли ртути(II) как инициаторы циклизации. Терминальные эпоксиды как
субстраты в реакциях циклизации 1,5-полиеновых соединений. Каскадная
последовательность реакции Назарова и катионоидной циклизации.
21. Радикальные реакции образования углерод-углеродной связи.
Димеризация радикальных интермедиатов как синтетический метод. Гомолитическое
присоединение по кратным углерод-углеродным связям. Общие закономерности реакции
и методы ее инициирования. Межмолекулярное образование углерод-углеродной связи в
синтезе полифункциональных производных. Гомолитический эквивалент реакции
Михаэля. Внутримолекулярные циклизации с участием алкильных радикалов. Ацилрадикалы: использование во внутримолекулярных реакциях циклизации. Ацилзамещенные радикалы в синтезе карбоциклических систем. Синтетические методы,
основанные на генерации кетильных радикалов. Пинаконовая и ацилоиновая
конденсации. Реакция Мак-Мурри. Циклизации, инициируемые иодидом самария(II).
22. Реакция Дильса-Альдера.
Основные закономерности реакции. Общая характеристика [4+2] циклоприсоединения.
Реакционная способность диенов и диенофилов. Стереохимия и региоселективность.
Кислоты Льюиса как катализаторы реакции. Асимметрический диеновый синтез.
Дополнительные синтетические возможности диенового синтеза.
23.Внутримолекулярные варианты реакция Дильса-Альдера.
Типы реакций и особенности их протекания. Субстратная селективность, регио- и
стереонаправленность реакций. Основные направления синтетического использования.
Внутримолекулярная реакция 1-го типа. Внутримолекулярная реакция 2-го типа.
Внутримолекулярные реакции субстратов, содержащих удаляемые мостиковые группы.
Трансаннулярные реакции циклоприсоединения.
24. Метатезис олефинов и ацетиленов.
Открытие реакции и некоторые аспекты ее практического использования. Механизм
реакции и оптимизация металлокомплексных катализаторов. Метатезис с образованием
цикла (RCM-реакция), общая характеристика реакции. Реакция RCM в синтезе природных
соединений. Кросс-метатезис олефинов. Алкен-алкиновый метатезис. Метатезис алкинов.
4. Образовательные технологии
1.
Активные образовательные технологии: лекции, семинары.
2.
Сопровождение лекций визуальным материалом в виде слайдов, подготовленных с
использованием современных компьютерных технологий (программный пакет
презентаций Microsoft Office Powerpoint), проецируемых на экран с помощью
видеопроектора.
3.
Проведение учебных аналитических обзоров на основе современных публикаций и их
обсуждение.
5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Виды самостоятельной работы: в домашних условиях, в читальном зале библиотеки, на
компьютерах с доступом к базам данных и ресурсам Интернет.
Форма контроля знаний:
 контрольные работы
 домашние задания
 оценка аналитической домашней работы и доклада на семинаре
 экзамен в конце курса, включающий теоретические вопросы.
Вопросы к зачету (экзамену) – включены в программу кандидатского экзамена по
специальности.
Критерий выполнения задания – подтверждение ответами на контрольные вопросы знания
теоретических основ курса и решение задач.
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. В.А. Смит, А.Д. Дильман, Основы современного органического синтеза, Бином.
Лаборатория знаний, 2009.
2. В.А. Смит, А.Ф. Бочков, Р. Кэйпл, Органический синтез, М.:Мир, 2001.
3. Дж. Марч., Органическая химия, М.: Мир, 1987.
б) дополнительная литература:
1. K.C. Nicolaou, E. J. Sorensen, Classics in Total Synthesis, 1995, VCH, Weinheim.
2. E. J. Corey, X. Cheng, The logic of chemical synthesis, 1989, John Wiley, New York.
3. E.M. Carreira, L. Kvaerno, Classics in Stereoselective Synthesis, 2009, Wiley-VCH,
Weinheim.
Программа составлена в соответствии с требованиями следующих нормативных
документов:
1. Федеральные государственные требования к структуре основной профессиональной
образовательной
программы
послевузовского
профессионального
образования
(аспирантура) - приказ Минобрнауки России от 16.03.2011 № 1365.
Авторы
Ведущий научный сотрудник
д.х.н.
старший научный сотрудник
к.х.н.
А.Д. Дильман
В.В. Левин
Программа принята на заседании ученого совета ИОХ РАН
протокол № … от … …………. 2012 г.
Председатель ученого совета
академик
_________________________ М.П. Егоров