Преподаватель — М.С. Красильников
Цели и задачи
— проявить интерес учащихся к органической химии;
— сформировать картину о научной стороне в области органической химии;
— обучить различными навыками для углубленного понимания (пространственное мышление, приложения различных реакций, поиск и чтение научной литературы);
— накопить широкую базу реакций, механизмов, которые используются в современном органическом синтезе.
Текущий курс нацелен на аудиторию заинтересованной современными проблемами и их решениями в области органического синтеза. В ходе занятий будет использован материал из соответствующих книг и статей и не будет использован материал задач и их решений из различных олимпиад. Также, на занятиях не будут подробно останавливаться на материалах школьной программы.
На занятиях группа делится на две части. Начинающей группе предоставляется материал какой-либо темы и совместное обсуждение вместе с преподавателем этой темы. Иными словами, формат семинара на тему, которая не входит в школьную программу, но имеет высокую ценность в области современного органического синтеза. Второй (продвинутой) группе предоставляется синтез, взятый из статьи, в котором вырезаны все промежуточные молекулы (формат олимпиадной задачи высокой сложности). Таким образом, непосредственная работа ведется с начинающей группой. Продвинутая группа имеет некий багаж знаний и поэтому может справиться с задачами почти самостоятельно.
Тематическое планирование курса
Тема 1. Вводное занятие. Обсуждение различных интересных задач и их решений в области органического синтеза.
Тема 2. Перициклические реакции 1. Реакция Дильса-Альдера. Механизм. Современное приложение этой реакции. ВМДА-1, ВМДА-2, ТАДА, о-ХДМ, циклобутарены.
Тема 3. Перициклические реакции 2. Перегруппировка Коупа. Механизм. Современное приложение этой реакции. Перегруппировка Окси-Коупа, Аза-Коупа.
Тема 4. Алифатические соединения. Реакции для направленной функционализации углеродного скелета. Обсуждение R,S- и Z,E-изомерии на примерах.
Тема 5. Альдольно-кротоновая конденсация. Механизм. Различные вариации использования этой конденсации в органическом синтезе. Реакция Мукаямы.
Тема 6. Различные другие виды конденсаций. Механизмы. Перегруппировка Кляйзена (сложноэфирная конденсация), перегруппировка Дикмана. Ацелоиновая конденсация. Аннелирование по Робинсону.
Тема 7. Ароматичность, антиароматичность, неароматичность. Критерии, химические свойства, пространственное строение молекул их применение в органическом синтезе. Круг Фроста.
Тема 8. Реакции окисления 1. Реагенты на основе хрома, марганца, рутения, серебра. Реакции на основе активации DMSO (Окисление по Моффарту, окисление по Сверну). Направленное селективное окисление одной группы в присутствии других.
Тема 9. Реакции окисления 2. Озонирование. Окислительное и восстановительное расщепление озонидов. Реагент Деса-Мартина и IBX. Эпоксидирование.
Тема 10. Реакции восстановления 1. Гомогенный и гетерогенный катализ. Региоселективность и стереоселективность реакций. Направленное селективное восстановление одной группы в присутствии других. Применения гидридов металлов.
Тема 11. Реакции восстановления 2. Гидроборирование. Реагенты для гидроборирования. Механизм. Расщепление боранов. Восстановление по Клемменсену. Восстановление по Кижнеру-Вольфу. Восстановление натрием в жидком аммиаке.
Тема 12. Защитные группы. Защита спиртовой группы эфирами. Силильные защиты. Бензильные защиты. Защита карбоксильной группы. Защита аминов. Последовательная защита и снятие разных защитных групп в одной молекуле.
Тема 13. Реакции кросс-сочетания 1. Общий вид механизмов кросс-сочетаний. Реакции Соногаширы, Сузуки, Стилле, Негиши и пр. Их вариации и применение в органическом синтезе.
Тема 14. Реакции кросс-сочетания 2. Метатезис олефинов. История открытия, механизм. Механизмы RCM, ROM, RCEYM. Метатезис тройной связи.
Тема 15. Направленное формирование двойной связи. Реакция Виттига. Реакция Хорнера-Вудворта-Эммонса (HWE). Реагенты Теббе. Реакция Петерсона. Реакция Джулиа-Косинского (Julia-Kocienski Olefination).
Тема 16. Построение 3-членного цикла. Эпоксиды, азиридины, циклопропаны. Генерация карбена. Карбеноиды.
Тема 17. Построение средних циклов. [2+2]-Циклоприсоединение. Реакция Де-Майо (DeMayo reaction). Правила Болдуина и их исключения.
Тема 18. Радикальные реакции 1. Реакции с галогенами проводимые на свету. Аллильное бромирование по Волю-Циглеру. Инициаторы радикальных реакций и их применение в различных превращениях.
Тема 19. Радикальные реакции 2. Каскадные циклизации, при помощи инициаторов радикальной реакции (домино-реакции). Применение SmI2 и Mn(OAc)3 в каскадных реакциях.
Тема 20. Мультикомпонентные реакции. Реакция Уги. Механизм. Ее сочетание с другими реакциями. Реакция Посона-Кханда. Применение Co2(CO)8 в органическом синтезе.
Тема 21. Направленная функционализация. Реакция Кори-Фукса (Сorey-fuchs reaction). Перегруппировка Фиттига-Бутенберга-Вихеля (Fritsch–Buttenberg–Wiechell rearrangement). Реакция Сейферса-Гилберта (Seyferth-gilbert homologation).
Тема 22. Приложение к органическому синтезу. Аналитические методы для очистки и идентификации веществ. Общие понятия ЯМР. Расшифровка протонных спектров. Вводное слово в другие виды ЯМР (С13, P31, двумерные спектры) и их значение.
Литература
1) Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. В 4 т.
2) Смит В.А., Дильман А.Д. Основы современного органического синтеза.
3) Rizzo C.J. Advanced Organic reactions (Lecture notes).