Образование связи С-С: ключевая тактическая проблема органического синтеза

Принципы сборки связи С-С. Гетеролитические реакции

Основу типичной органической молекулы, ее углеродный скелет, составляет система непосредственно связанных друг с другом атомов углерода. Поэтому методы создания углерод-углеродных связей являются основой органиче­ского синтеза. Обсуждение вопроса о возможных путях конструирования этой связи удобно начать с анализа противоположной операции: с ее мыс­ленной разборки. Такая операция, символизируемая на схемах двойной стрелкой и составляющая главный элемент ретросинтетического анализа (подробнее об этом см. разд. 2.2.3.5.), позволяет установить, из каких бли­жайших предшественников можно собрать желаемую связь.

Схема 2.13

Для простой связи С-С возможна разборка на два противоположно заря­женных иона (гетеролитический разрыв) или два радикала (гомолигический разрыв) (схема 2.13). Связь в молекуле существует именно потому, что ее об­разование сопряжено с выигрышем в энергии. Следовательно, сборка связи из любой такой пары предшественников будет термодинамически разрешен­ным процессом.

Оба эти типа частиц содержат большой запас энергии, и поэтому такие процессы в общем случае должны быть быстрыми, почти безбарьерными. Так, например, реакция между стабильным органическим катионом — три-фенилметил-катионом (20) — и цианид-анионом (21) может протекать поч­ти также быстро и однозначно, как ионные реакции в неорганической хи­мии, и приводить к трифенилацетонитрилу (22) с образованием новой связи С-С. Это, пожалуй, одна из очень немногих органических реакций, которая протекает с легкостью ионных реакций, столь часто встречающихся в неорганической химии.

Ph₃C⁺ + CN^- → Ph₃C-CN

Однако в подавляющем большинстве случаев частицы типа показанных на схеме 2.13 обладают слишком большим запасом энергии и потому являются крайне нестабильными и химически активными, так что если они и образуются, в ходе реакции как таковые, то, как правило, бывает трудно заставить их реагировать только в одном направлении и избежать протекания еще ряда побочных реакций. Поэтому надо уметь «приглушить» их чрезмерную, неуправляемую химическую активность и в тоже время сохранить достаточно высокую реакционную способность с тем, чтобы желаемое превращение протекало быстро и эффективно.

Возможности регулировать реакционную способность высокоактивных частиц значительно богаче и разнообразнее в случае органических ионов, чем радикалов. Поэтому, хотя гомолитические реакции и находят достаточно широкoe и разнообразное применение в органическом синтезе, в этом от­ношении они значительно уступают своим гетеролитическим собратьям — реакциям, которые протекают с участием карбокатионных или карбанионных интермедиатов. Эти соображения и побудили нас при обсуждении общихоснов органического синтеза уделить наибольшее внимание рассмотре­нию гетеролитических реакций.