Основные понятия стереохимии. Элементы симметрии и хиральность. Элементы хиральности-центр,ось,плоскость- и их аналогия математическим понятиям.
Асимметрические атомы углерода и других элементов как центры хиральности. Понятие хирального пространства. Циклоэнантиометрия.
Оптическая активность. Физические основы явления. Оптическая и энантиомерная чистота и методы их определения. Методы получения оптически активных соединений, в том числе асимметрический синтез.
Программа курса лекций "Хирально-оптические методы"
Хирально-оптические методы исследования оптически-активных
соединений. Физические основы методов. Понятие об оптически-
активных хромофорах. Региональные правила для различных
хромофоров. Расчеты конформационных равновесий.
Использование методов ДВ и КД для оценки внесвязанных взаимодействий в молекулах. Методы расчета оптической активности Аналитические применения хирально-оптических методов.
Программа курса лекций "Химия гетероциклических соединений"
1.Введение 1.1. Введение. Краткая история химии гетероциклов. Условность выделения в отдельную главу. Преимущественное значение азота, кислорода и серы как гетероатомов. Классификация гетероциклов: по размеру цикла, по гетероатомам, их числу и взаимному расположению в цикле. 1.2. Номенклатура гетероциклов: тривиальные названия; система Ганча-Вильдмана и номенклатура IUPAC; заместительная номенклатура. Номенклатура аннелированных циклов. Поиск необходимого гетероцикла в реферативных журналах (РЖХим, СА), справочнике Beilstein; литература по химии гетероциклов. 1.3. Краткие сведения о насыщенных гетероциклах (малые циклы, макроциклические соединения); нахождение в природе; использование в органическом синтезе. 1.4. Ароматичность и правило Хюккеля; метод МОХ и его применение для анализа ароматичности пи-систем. 1.4.1. Гетероароматичность. Гетероатомы пиррольного и пиридинового типа; исключения, показывающие условность такого деления. Ароматичность систем с конденсированными и пери-конденсированными циклами (индолизин, хинолизиний, перимидин, циклазины). Ароматичность гетероаннуленов и сиднонов. Антиароматические системы. 1.4.2. Качественные и количественные критерии ароматичности: структурные, магнитные, энергетические и химические критерии. Шкалы ароматичности гетаренов. 1.5. Концепция пи-избыточности и пи-дефицитности гетаренов (Альберти). Достоинства и недостатки концепции; общая и локальная пи-избыточность и дефицитность; пи-амфотерность (Пожарский); примеры соответствующих гетероароматических систем. 2. Пи-Дефицитные системы: шестичленные гетарены. 2.1. Общая характеристика электронного строения, ароматичности и реакционной способности шестичленных гетаренов. Пиридин, азины и бензазины. Катионы пиридиния, азиниев, пириллия и тиапириллия и их бензпроизводные. Пиридоны, пироны и их аналоги. N-Окиси пиридина и его аналогов; илиды и мезоионные системы, 1,3- и 1,4-диполи; ангидрооснования. Антиароматические шестичленные гетероциклы. 2.2. Общие закономерности передачи влияния заместителей в ядре пиридина; различие в свойствах заместителей в альфа-, бета- и гамма-положениях пиридина. Таутомерия замещенных пиридинов: влияние природы альфа-, бета- и гамма-заместителя (OH-, SH-, NH2-, CH3-групп) на положение таутомерного равновесия. Эффект бензаннелирования (различное влияние на примере изомерных изохинолонов). Эффект аза-замещения (на примере природных оксипиримидинов). 2.3. Реакции с нуклеофилами. 2.3.1. Присоединение нуклеофилов к нейтральным гетероциклам: образование анионных сигма-комплексов (динитропиридины), ковалентная гидратация (птеридины). Присоединение нуклеофилов к гетероциклическим катионам: образование псевдооснований; соединения Рейссерта. Гетарилирование. Проблема альфа/гамма-селективности. 2.3.2. Типы механизмов нуклеофильного замещения в ряду пиридина и его аналогов: SN2Ar и SNH, EA и AE , кине- и теле-замещение, SN-ANRORC. Примеры реакций нуклеофильного замещения галогена, нитро- и гидроксильной групп. Традиционный механизм SN2Ar. Сравнительная активность хлорпроизводных (в ряду пиридин, пиридиний, бензол, нитробензол). Кислотный катализ. Влияние заместителей (в т.ч. аза-замещение и бензаннелирование). Замещение с отщеплением заместителя у соседнего и более отдаленных атомов (кине- и теле-замещение); элиминирование группы у атома азота. Реакция Чичибабина. Селективность и легкость протекания реакции в ряду азинов. Использование внешних окислителей. Ариновый механизм. Азины как СН-кислоты. Конкуренция АЕ и ЕА процессов. Доказательства образования гетариновых интермедиатов. 2.3.3. Реакции раскрытия цикла и рециклизации. Гидролитическая нестабильность азинов. Расщепление пиридиниевого цикла под действием щелочи и аминов. Гидролиз солей пириллия и тиапириллия. Нуклеофильное замещение, сопровождаемое рециклизацией; конкуренция процессов SNANRORC и SN2Ar. Молекулярные перегруппировки, протекающие по механизму ANRORC. Перегруппировка Димрота и ее аналоги (Кост, Сагитуллин); перегруппировки в аннелированнных системах. Реакции рециклизации с включением фрагмента нуклеофила: трансформация пириллиевых солей в производные пиридина и бензола. Рециклизация пиридинов, пиримидинов, триазинов и их солей. Рециклизации с расширением и сужением цикла. Индолы из солей нитропиридиния. 2.4. Реакции с электрофилами. 2.4.1. Основность пиридинов, азинов и их бензпроизводных; влияние заместителей. 2.4.2. Азины как основания Льюиса. Электрофильная атака по атому азота: типы электрофилов, влияние заместителей, стерические факторы; селективность атаки в несиметричных бензазинах. Комплексы пиридина с электрофилами как мягкие электрофильные агенты. 2.4.3. Электрофильное замещение в пиридиновом ядре: ориентация; примеры реакций, протекающих по механизму SNAr. Факторы, затрудняющие протекание реакций (пи-дефицитность, протонирование субстрата, координация с электрофилом) и их нивелирование (введение активирующих легко удаляемых групп, катализ солями металлов). Влияние заместителей: ориентация, легкость протекания, стерические эффекты. Основность субстрата как фактор, определяющий структуру интермедиата и глубину протекания процесса(на примере нитрования метоксипиридинов). Влияние аза-замещения и бензаннелирования. N-Окись пиридина в реакциях с электрофилами; проблема селективности. 2.4.4. Электрофильная атака по функциональной группе. Проблема селективности в реакциях пиридонов и аминопиридинов. Амино-, окси- и алкилпиридины: кислотность, конденсация с карбонильными соединениями, амбидентные свойства анионов. Электрофильное замещение в бензольном ядре бензазинов и трифенилпириллия. 2.4.5. Аномальные механизмы электрофильного замещения: илидный механизм (дейтерообмен, реакция Гаммика); замещение в ковалентных гидратах; замещение через присоединение. 2.5. Шестичленные гетарены в реакциях циклоприсоединения как аналоги диенов (пироны, тиапироны, пиридоны, 1,2,4,5-тетразины), как 1,3-диполи (N-окиси, илиды и бетаины азинов). 2.6. Окисление и восстановление шестичленных гетероциклов. Реакции в гетероароматическом ядре и заместителях. 2.7. Общая стратегия синтеза шестичленных гетаренов.3. пи-Избыточные системы: пятичленные гетарены. 3.1. Общая характеристика электронного строения, ароматичности и реакционной способности пятичленных гетаренов; сравнение с винильными аналогами и насыщенными циклами. Пиррол и его бензпроизводные: индол, изоиндол, индолизин, карбазол. Фуран, тиофен, селенофен и их бензпроизводные. Порфирин и фталоцианин. пи-Комплексы. 3.2. Реакции с электрофилами. 3.2.1. Протонирование. Стабильные катионные сигма-комплексы в ряду индола, индолизина, тиофена, алкилпирролов. Сравнительная основность гетероатома, альфа- и бета-положений; закономерности кислотного дейтерообмена, корреляция с основностью. Ацидофобность фурана и пиррола. Влияние заместителей на направление протонирования; ипсо- комплексы, протодефункционализация. 3.2.2. Электрофильное присоединение; аналогия с енаминами и виниловыми эфирами. Аномальное алкилирование по гетероатому (тиофен, карбазол). Образование сигма-комплексов Уэланда при алкилировании (пиррол, индол, индолизин, тиофен); альфа/бета-селективность. Перегруппировки в сигма-комплексах тиофена и индола. 3.2.3. Электрофильное замещение. Общие закономерности. Проблема альфа/бета- селективности: индексы реакционной способности, влияние природы гетероатома, бензаннелирования (примеры инверси селективности). Нетрадиционные механизмы. С-электрофилы: алкилирование, ацилирование, реакция Михаэля. Конденсация с карбонильными соединениями; олиго- и полимеризация пиррола и фурана. Аномальное алкилирование пирролов алкоголятами. Другие типы электрофилов. Нитрование, нитрозирование, азосочетание, сульфирование, галоидирование, меркурирование. Требования к подбору условий и реагентов. Реакции ипсо-замещения. Общие закономерности передачи влияния заместителей в пятичленных гетаренах. Ориентирующий эффект одного и нескольких заместителей. Пиррол и индол как NН-кислоты; селективность электрофильной атаки в анионах; роль координации катиона. альфа-Металлирование пятичленных гетаренов; использование карбанионов в реакциях с электрофилами. Электрофильное замещение с участием заместителей. Атака в безольное ядро в ряду бензпроизводных. Электрофильное замещение в боковой цепи. Таутомерия окси- и аминосоединений, направление электрофильной атаки. 3.3. Реакции с нуклеофилами. Нуклеофильное замещение в ядре, боковой цепи и аннелированных циклах. 3.4. Раскрытие пятичленного цикла под действием нуклеофильных агентов. Реакции рециклизации с включением нуклеофила: реакция типа Юрьева. ANRORC-процессы: молекулярные перегруппировки в ряду фурана, пиррола, индола и тиофена. 3.5. Реакции циклоприсоединения: пятичленные гетарены как диены; роль ароматичности и влияние природы гетероатома; конкуренция циклоприсоединения и нуклеофильного присоединения. Присоединение карбенов: реакции расширения цикла. 3.6. Реакции окисления и восстановления пятичленных гетероциклов. Десульфуризация производных тиофена. 4. Азолы и конденсированные азолоазины. 4.1. Общая характеристика: электронное строение и реакционная способность; азолы как пи-амфотерные системы. 1,3-Азолы (имидазол, оксазол, тиазол); 1,2-азолы (пиразол, изоксазол, изотиазол) и их бензпроизводные. Триазолы и тетразол. Конденсированные азолоазины. 4.2. Кислотно-основные свойства. Таутомерия 4(5)-замещенных имидазолов, пиразолов; влияние природы заместителя на положение таутомерного равновесия. Таутомерия амино-, окси- и тио-производных азолов. 4.2.1. Реакции с нуклеофилами. Сравнение с азинами. Реакция с основаниями. Кислотные свойства имидазола (сравнение с пирролом). Влияние аза-замещения (число и положение аза-групп) и бензаннелирования. Азолы как СН-кислоты. 4.2.2. Присоединение нуклеофилов к солям азолиев. Примеры нуклеофильного замещения в ряду 1,2- и 1,3-азолов и их катионов. Реакция Чичибабина. 4.2.3. Легкость раскрытия цикла в катионах азолиев и СН-депротонированных анионах. Реакция Юрьева; перегруппировка Димрота. Другие перегруппировки с раскрытием азольного цикла (перегруппировка Корнфорта; перегруппировки Боултона-Катрицкого; трансформации фуроксанов). 4.3. Реакции с электрофилами. Сравнение с азинами и пятичленными пи-избыточными системами. 4.3.1. Основность азолов: влияние природы гетероатома пиррольного типа, числа и положения аза-групп, бензаннелирования. Направление протонирования. Электрофильная атака по атому азота в азолах и азолил-анионах. 4.3.2. Электрофильное замещение в азолах, катионах азолия. Селективность реакций. Роль илидных интермедиатов. 4.3.3. Электрофильная атака по функциональной группе. Реакции таутомерных соединений. Кислотность альфа-алкильных групп. 4.4. Азолы в реакциях циклоприсоединения. 4.5. Окисление и восстановление азолов.
Химический факультет МГУ