Retro-aldol and retrosynthesis

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.