Hoá hữu cơ

Tổng hợp toàn phần

Tổng hợp toàn phần tạo phân tử tự nhiên hoặc thiết kế phức tạp từ nguyên liệu đầu xác định, kết hợp thiết kế tuyến, tính chọn lọc, cơ chế và triển khai thực nghiệm.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: phân tử là bài toán thiết kế tuyến

Tổng hợp toàn phần không chỉ là danh sách dài các phản ứng. Đó là phép thử xem có thể đi từ nguyên liệu đầu nêu rõ đến phân tử đích bằng chuỗi hợp lý, chọn lọc, tái lập được hay không, đồng thời tuyến có làm sáng tỏ tính phản ứng hoặc chức năng phân tử hay không.

So sánh hiệu suất bước theo cấu trúc tuyến và xem tổng hợp tropinon một nồi của Robinson như ví dụ phản ứng chuỗi.

Phổ thôngMức phổ thông: đếm bước, hiệu suất và lượng chất

Định nghĩa:

Quy trình tổng hợp hoá học hoàn chỉnh phân tử đích từ nguyên liệu đơn giản hoặc mua được, trong đó nêu rõ điểm đầu và điểm cuối.

Với chuỗi tuyến tính gồm n bước có cùng hiệu suất phân số y, hiệu suất tổng lý tưởng là yⁿ. Nếu y = 0,80, mười bước cho khoảng 10,7 %, chưa tính hao hụt phụ thuộc quy mô hay tinh chế.

Các kiến trúc tuyến tổng hợp
Kiểu tuyến	Ưu điểm	Đánh đổi
Tuyến tính	Trình tự đơn giản; thuận lợi tạo dãy chất tương tự	Hao hụt từng bước tích luỹ đến cuối
Hội tụ	Tạo riêng các mảnh rồi ghép	Yêu cầu ghép mảnh và quản lý bảo vệ

Đại họcĐại học: tính hội tụ, phản ứng chuỗi và chọn lọc

Tuyến hội tụ điều chế độc lập từ hai mảnh trung gian tiên tiến trở lên rồi ghép muộn, có thể rút ngắn chuỗi tuyến tính dài nhất. Phản ứng chuỗi tạo nhiều liên kết hoặc vòng trong một thao tác; chúng giảm số lần cô lập nhưng đòi hỏi kiểm soát chính xác các đường cạnh tranh và lập thể.

Y_{overall}=\prod_{i=1}^{n} y_i\qquad (\text{linear sequence})

Ví dụ: Ước tính hiệu suất tuyến tính

Một tuyến có mười bước cô lập, mỗi bước hiệu suất 80 %. Ước tính hiệu suất tổng, giả sử các bước độc lập và không có hao hụt khác.

Lời giải

0,80¹⁰ = 0,1074, tức khoảng 10,7 %. Đây là ước tính lập kế hoạch, không phải dự báo lượng sản phẩm cô lập ở quy mô sản xuất.

Nâng caoNâng cao: một tổng hợp cũng là lập luận khoa học

Báo cáo thuyết phục phải nêu rõ định danh cơ chất, cấu hình lập thể, phổ, hiệu suất và khả năng tái lập. Có thể đánh giá hiệu quả tuyến bằng số bước, hiệu suất nguyên tử, tính lý tưởng, lượng vật liệu đi qua và an toàn; không chỉ số đơn lẻ nào bao quát mọi mục tiêu. Thiết kế mô phỏng sinh học đặt câu hỏi liệu lôgic tạo liên kết trong tự nhiên có gợi ra chuỗi thực nghiệm khả thi không.

Một tuyến tuyến tính mười bước, mỗi bước hiệu suất 80 % cho hiệu suất chung khoảng:

Tổng hợp hội tụ là tổng hợp mà trong đó:

Tài liệu tham khảo

The Logic of Chemical Synthesis · E. J. Corey, Xue-Min Cheng, 1989
Organic Synthesis: The Disconnection Approach (2nd ed.) · Stuart Warren, Paul Wyatt, 2008