Селективный органический синтез . Важнейшая задача химика-синтетика – добиться селективности в органическом синтезе, т.е. научиться осуществлять строго определенное структурное изменение в молекуле, превращая ее в конечный продукт заданного строения. Для решения такой довольно трудной задачи нужно изучить реакционную способность реагентов для каждого типа связи – хемоселективность, создать при взаимодействии реагентов их правильную ориентацию – региоселективность и заданную периодическую пространственную конфигурацию – стереоселективность. Например, синтез адамантана С 10 Н 14 дает представление о том, как можно контролировать все данные факторы. С 10 Н 14 – уникальная молекула, представляющая собой фрагмент структуры алмаза, содержащей 10 углеродных атомов. Впервые адамантан удалось получить путем трудоемкого многостадийного синтеза с выходом только 2,4%. Благодаря последним экспериментальным исследованиям адамантан синтезируется в одну стадию и с выходом 75%. Выяснилось, что адамантадин–адамантан, в молекулу которого введена всего лишь одна аминогруппа, обладает антивирусным свойством, и его можно применять как средство против гриппа и против болезни Паркинсона.
Поэтому вам нужно взглянуть на химию, которая была выполнена, и посмотреть, может ли это быть увеличено. Обычно это думает о том, чтобы сделать вещи безопасными, надежными и повторяемыми. Одна из вещей, которые мы склонны делать, - это не использовать новейшие реагенты. Очень часто чем-то более традиционным является лучший подход, чем последний модный реагент, который, возможно, глаз лекарственного химика. Поэтому мы будем стараться делать все возможное, насколько это возможно. Довольно часто фармацевтический химик будет использовать вещи на стехиометрической основе, поэтому они будут использовать один реагент для одной молекулы на индивидуальной основе.
Широкое распространение получила реакция циклоприсоединения с образованием пятичленных циклов, применяющихся для синтеза самых разных соединений – от новых электропроводящих материалов до лекарственных препаратов, например, антибиотиков и противоопухолевых средств. Так, замыкание цикла на радиевом катализаторе является ключевой стадией в синтезе тиенамицина, в котором пятичленный цикл содержит атом азота. Конечный продукт оказался эффективным, подобным пенициллину, средством против инфекционных болезней.
Когда вы масштабируете его, вы пытаетесь по возможности использовать каталитическое количество одного материала, поэтому вы склонны использовать катализ больше, чем в медицине. Скорость и надежность - это два важных фактора. Гибкость - это еще одна, а также сильные технические возможности.
Подкованные клиенты будут знать, что, когда вы все увеличиваете, вы всегда сталкиваетесь с проблемами, и вам нужны хорошие химики и хорошие ученые для преодоления этих проблем. Вам нужна сильная техническая компания. Мы предпочли статус поставщика у ряда наших клиентов, в том числе четыре из семи ведущих фармацевтических компаний мира. Они знают, что они могут доверять нам, чтобы выполнить что-то, что может быть довольно сложно. Думаю, недостатком для нас является то, что мы склонны получить более сложные проекты.
Фотохимический синтез . Фотохимический синтез основан на действии излучения. После поглощения энергии молекула переходит в возбужденное энергетическое состояние. Химические свойства молекулы существенно зависят от свойств поглощенного света, при котором константа диссоциации кислот изменяется на 5–10%, окислительные и восстановительные процессы кардинально изменяются и даже химически инертные вещества могут стать реакционноспособными.
Но, к сожалению, мы, мы сделали свою постель, и мы должны лежать в ней. Скорость абсолютно важна, особенно в биотехнологических компаниях, где мы не хотим быть на критическом пути развития своих лекарств. Они очень часто имеют очень сжатые сроки, и это может быть большим давлением для достижения чего-то. Мы никогда не компрометируем безопасность, но у нас есть репутация, что мы можем быстро начать и закончить вовремя.
То, что они не получили от нас, - это то, что мы сказали пять недель, чтобы доставить соединение, мы не позвонили им через пять недель и сказали: «О, кстати, мы опоздаем». Они будут точно знать, как мы будем на каждом этапе. Каждую неделю наши клиенты информируются, хотят они этого или нет, мы информируем их о прогрессе, поэтому никаких потрясений никогда не бывает.
В результате фотохимического синтеза получены многие биологически активные соединения, например, алкалоид атизин, несколько антибиотиков, провитамин D 3 и др. Активность фотохимического синтеза в значительной степени зависит от длины волны возбуждающего света и температуры. Так, при уменьшении длины волны всего лишь на 1% – с 302,5 до 300,0 нм – выход провитамина D 3 увеличивается вдвое, а при снижении температуры синтеза – вчетверо.
Реакция синтеза представляет собой тип реакции, в которой несколько реагентов объединяются, образуя один продукт. Реакции синтеза высвобождают энергию в виде тепла и света, поэтому они являются экзотермическими. Примером реакции синтеза является образование воды из водорода и кислорода. Синтез - это, по существу, обращение реакции разложения.
Хорошо, что миллионы и миллионы различных химических реакций, которые происходят в природе, один из них, который вы могли бы увидеть в классе, будет реакцией синтеза, также известной как комбинационная реакция. Это когда химические вещества или 2 или более веществ реагируют чтобы сформировать единый продукт. По-вашему, это синтетическая реакция или комбинационная реакция на один продукт. Хорошо, когда одно вещество объединяется с другим веществом, чтобы снова образовать один продукт. Это ваш намек, хорошо, что бы это произошло?
Биосинтез. Среди природных веществ есть регуляторы роста растений и насекомых, органические соединения, используемые насекомыми в качестве средств коммуникации, пестициды, антибиотики, витамины и многие целебные вещества. Природное соединение сначала необходимо обнаружить, затем выделить его химическим путем, потом определить его структуру и свойства и, наконец, произвести заданный синтез.
Если у вас есть только один продукт, нет знака плюса, который означает, что он является реакцией синтеза. Другой тип углерода реагирует с двуокисью углерода или окисью углерода. Теперь обратите внимание, что это один из возможных продуктов, который может произойти, потому что он ионный. Мы знаем, что ионные соединения обычно имеют один тип соединения вместе или одну возможную комбинацию. Однако эти 2 являются неметаллическими или представляют собой газы, мы можем иметь несколько различных типов продуктов.
Мы можем иметь либо двуокись углерода, либо монооксид углерода в зависимости от того, что на самом деле происходит здесь, или, возможно, в отдельных реакциях. Или 2 соединения могут объединяться, мы можем окислить оксид кальция с водой для получения гидроксида кальция. Еще раз обратите внимание, что один продукт, или соединение, и элемент могут объединяться вместе с двуокисью серы, а газообразный кислород - 2 частицами триоксида серы.
Часто химики стремятся получить только одну нужную форму из двух, являющихся зеркальным отражением друг друга. Каждый атом углерода, с которым связаны различные группы атомов, порождает пару симметричных зеркальных структур и называется хиральным атомом или хиральным центром. Характерный пример выделения только одной зеркальной формы – синтез антибиотиков. В природе встречается около 50 соединений подобного типа, среди них самое известное – монензин, продуцируемый штаммом бактерий. Антибиотики такого типа (монензин, лазалоцид, салиномицин) широко применяются для борьбы с инфекционными заболеваниями в бройлерном производстве. В США ежегодно продают примерно на 50 млн долларов монензина. Монензин содержит 26 атомов углерода, 17 хиральных центров – это означает возможность существования 2 17 различных стереоизомеров. Поэтому для осуществления синтеза монензина необходимы высокостереоселективные реакции. Производство монензина и его структурных аналогов – крупное достижение современного биосинтеза.
Итак, давайте посмотрим на видео, описывающее реакцию синтеза. Таким образом, мы объединили частицы серы и частицы железа, сера - желтая, а железо - черное, чтобы объединить их и смешать вместе для образования смеси и поэтому мы можем смешать их все в этом стакане. И тогда мы собираемся положить его на стол, и поэтому мы собираемся его развернуть, поэтому у нас больше площади поверхности, поэтому потому что чем больше площадь поверхности, которую у вас будет, тем лучше реакция.
Таким образом, мы собираемся вылить все это на стол, а затем мы действительно потребуем немного энергии, так что энергия в этом случае будет собираться в виде тепла. И обратите внимание на это огромное количество энергии, которое было выпущено хорошо. Это показывает нам, что реакции синтеза являются экзотермическими, что означает высвобождение энергии. Это может потребовать немного энергии, но оно освобождает намного больше, чем требуется. И теперь у нас есть новое вещество, это сульфид железа.
При исследовании строения биополимеров – гигантских молекул белков (нуклеиновых кислот, синтезируемых живыми организмами), возникают те же проблемы, что и при изучении природных соединений с меньшей молекулярной массой. Белки выполняют различные биологические функции: участие в пищеварении, транспорт кислорода в крови, сокращение мышечных волокон, защита от вирусов и бактерий с помощью антител и т.п. Сложная пространственная форма белков во многом определяет их биологические функции. Так, молекула коллагена – белка, придающего прочность коже и костям, имеет форму стержня. Антитела представляют собой молекулы с выемками У-образной формы, которые заполняются молекулами чужеродных веществ и служат для запуска реакций, обеспечивающих их эффективное обезвреживание.
Составное соединение изолированное натуральное
Хорошо, что это наше новое вещество и оно имеет разные свойства, оно полностью реагирует по-разному, замечает, что это весь большой блок нового соединения, что является примером реакции синтеза одной из реакций, которые вы увидите в классе. Они смогли идентифицировать два новых противомалярийных препарата, а один из них - хинакрин, использовался в качестве замены хинина до тех пор, пока британские и американские ученые не начали использовать химический синтез, чтобы сделать соединения для тестирования против этой болезни.
Белки – высокодинамические системы, которые при осуществлении биологических функций способны менять форму. Например, свет вызывает изменение формы родопсина – белка сетчатки глаза, что и является первичной стадией зрительного восприятия. Такое изменение происходит в течение менее одной миллиардной доли секунды. Подобные процессы в молекулах белков обнаруживаются с помощью импульсных лазеров.
Всего за четыре года они смогли идентифицировать новый противомалярийный хлорохин, и большие количества были быстро подготовлены химическим синтезом для использования союзными войсками в малярийных регионах. Сегодня существует более полудюжины различных лекарств, доступных для лечения малярии, и все они готовятся в больших количествах химическим синтезом из легко доступных химических веществ. Ожидается, что спрос на это соединение будет очень большим, но только небольшое количество препарата может быть получено из коры тиса, поэтому вместо того, чтобы уничтожить все тихоокеанские тисовые деревья в мире, химики решили использовать химический синтез, чтобы сделать соединение из более доступных веществ.
Для белков характерны повторяющиеся структурные фрагменты и общность механизмов действия. Даже простейшие клетки содержат более 5000 различных видов белков. Последние имеют общие структурные особенности. Например, наблюдается сходство между ферментом тромбином, вызывающем свертывание крови, и пищеварительным ферментом – химотрипсином. Многие белки разных организмов похожи друг на друга. Так, гемоглобин мыши мало отличается от гемоглобина человека.
В сложных организмах ферменты работают так же, как и в простых.
Химический синтез также может быть использован для доказательства химической структуры соединения. В начале девятнадцатого века структура соединения, выделенного из природных источников, была выведена химическими реакциями, которые превращали исходное соединение в вещества известных молекулярных механизмов меньшего размера.
Он смог вывести валовую химическую структуру соединения современными аналитическими методами, но не точную трехмерную структуру. Не зная стереохимии или трехмерного расположения атомов углерода, большие количества возбудителя не могли быть подготовлены и протестированы. Он отметил, что четыре соединения должны были быть сделаны химическим синтезом, чтобы определить структуру тараканового возбудителя. Он выбрал легко подготовленный исходный материал и по ряду химических реакций смог сделать три из четырех соединений, необходимых ему для определения химической структуры.
Сегодня можно часто услышать различные непонятные на первый взгляд словосочетания, например "синхрофазотрон", "ответный генератор", "химический синтез". Этот список можно продолжать до бесконечности. Например, что такое химический синтез? Если сказать просто, то химический синтез – это процесс построения или создания сложных молекул из более простых, а также получение химических соединений физическими и химическими методами.
Одно из новых веществ соответствовало всем аналитическим данным из природного материала. Концепции органического синтеза. Нью-Йорк: Марсель Деккер Инк. Химические и технические новости. Знаете ли вы, что это отличные примеры продуктов, изготовленных из реакции синтеза? Может показаться странным смешивать пищевой термин с научным термином, но это определенно верно.
Прежде чем обсуждать, как это происходит, давайте перейдем к реакции синтеза. Реакция синтеза представляет собой соединение двух реагентов или соединений с получением сложного продукта, также называемого соединением. Иногда реакции синтеза могут приводить к образованию более чем одного продукта, так как мы вскоре увидим процесс фотосинтеза.
Различают два вида синтеза, которые определяются в зависимости от природы продукта, – это органический и неорганический синтез. Обратите внимание: в органическом синтезе конечный результат химической реакции может быть более простым веществом, чем его исходное соединение.
Первый раз в химии слово "синтез" было использовано римским алхимиком Галадиеном. Впервые доказал возможность синтеза органических веществ, которые находятся вне живого организма, русский химик Зинин Николай Николаевич.
Является ли это одним сложным продуктом или несколькими продуктами, отличный способ запомнить, что такое синтетическая реакция, - это думать о слове «комбинация». По сути, вы объединяете реагенты, чтобы сделать желаемый продукт. Формула для реакции синтеза, включающая образование сложного продукта, показана здесь на диаграмме.
Как вы можете получить из уравнения, показанного на диаграмме 1, реакция синтеза не является многостадийным процессом. То есть, нет необходимости заниматься изучением нескольких этапов этой реакции. Фактически, реакция синтеза, возможно, является одной из наиболее широко используемых реакций; не только в химии, но и в нетрадиционных местах, таких как наши кухни.
Не стоит путать термины "искусственный" и "синтетический". Например, синтетические волокна – это нейлон, капрон и т. д., искусственные волокна – это асбестовые, вискозное волокно и др. Искусственная кожа – это материал, который имеет внешний вид или свойства выделанной кожи зверей. Синтетическая кожа – это выращенная в лабораторных условиях пленка, которая подобна коже.
Прежде чем мы практикуем несколько примеров, есть две концепции, которые следует учитывать в отношении реакций синтеза. Во-первых, бинарные соединения могут быть получены из реакции синтеза. Бинарное соединение представляет собой соединение, содержащее только два разных элемента. Например, комбинация двух реагентов, железа и кислорода, приведет к образованию бинарного соединения оксида железа, обычно известного как ржавчина.
Во-вторых, всегда помните, когда вы работаете с реакциями синтеза, чтобы сбалансировать свое уравнение. Как вы вскоре увидите, коэффициенты, например числа, иногда требуются для обеспечения того, что присутствует в левой части реакции, равно количеству, которое присутствует в правой части реакции. Теперь, когда мы рассмотрели эти две основные концепции, давайте применим то, что мы изучили, к нескольким примерам.
Развитие органического синтеза – это возможность получения разнообразных активных веществ, которые используются в таких направлениях, как сельское хозяйство, медицина, парфюмерия, пищевая промышленность и т. д.
Совершенствование синтетических методов дало возможность получать многие необходимые химические вещества в промышленных масштабах. В органической химии это может быть синтез аммиака, соды, серной и азотной кислоты, а также других соединений.
Пример 1: Вы старательно работаете в научной лаборатории и решаете смешивать раствор, содержащий литий, с другим раствором, содержащим хлор. Что вы прогнозируете, будет производиться из смеси этих решений? Элементы под вопросом: литий и хлор. Из этой реакции синтеза видно, что образуются 2 молекулы хлорида лития. Добавление коэффициента в 2 гарантирует, что все атомы хлора как на стороне реагента, так и на продукте сбалансированы. Однако мы не можем останавливаться там с балансировкой.
Коэффициент 2 должен быть добавлен к атому лития на стороне реагента, чтобы обеспечить сбалансирование всех атомов лития. Пример 2. Процесс фотосинтеза включает использование реакции синтеза. Что получается, когда диоксид углерода реагирует с водой во время фотосинтеза?
В последнее время налажено производство продуктов тонкого органического синтеза и органических веществ, которые могут быть использованы в разных областях химической промышленности.
Огромное значение имеет химический синтез белков и полипептидов. Например, многим необходимые белковые гормоны – вазопрессин и инсулин, сегодня получают синтетическим путем.
Практическое применение имеют пептиды группы пептидов мозга и лейцин-энкефалин, которые могут оказывать на мозг такое же воздействие, как морфий, но эти препараты не вызывают привыкания.