विश्वविद्यालय रसायन विज्ञान — वर्ष 3 · Bachelor Year 3

30पूर्ण संश्लेषण: रणनीति और क्लासिकी मार्ग

कैंसररोधी औषध पैक्लिटैक्सेल पहली बार पैसिफ़िक यू की छाल से पृथक की गई थी, जो धीरे बढ़ने वाला एक वृक्ष है; छाल उतारने से वृक्ष मर जाता था, और आपूर्ति रोगियों की आवश्यकता से बहुत कम थी। रसायनज्ञों ने दो तरह से उत्तर दिया: पूर्ण संश्लेषणों से, जिन्होंने दिखाया कि अणु को सरल आरंभिक पदार्थों से बनाया जा सकता है पर जो उत्पादन के लिए बहुत लंबे थे, और एक सामान्य यू की पत्तियों (सुइयों) से निष्कर्षित एक संबंधित यौगिक से अर्धसंश्लेषण द्वारा, जो नवीकरणीय है। यह अध्याय इस बारे में है कि ऐसे मार्गों का मूल्यांकन और अभिकल्पन कैसे होता है: लब्धियाँ कैसे गुणित होती हैं, अभिसरण क्यों लाभदायक है, रक्षी समूहों की कीमत क्या है, कौन-से आबंध पहले बनाएँ, और इन्हीं साधनों से पढ़े गए तीन युगांतरकारी संश्लेषण।

पहले से ज्ञात

द्वितीय वर्ष के खंड ने पश्च-संश्लेषी विश्लेषण (लक्ष्य अणु, विच्छेदन, सिंथॉन, संश्लेषी तुल्य, क्रियात्मक-समूह अंतर्रूपांतरण), लांबिक रक्षी समूह, ऐल्डोल अभिक्रिया, रॉबिन्सन वलयन, विटिग अभिक्रिया और इमीनियम रसायन प्रस्तुत किए; प्रथम वर्ष के खंड ने रक्षी समूह और लब्धियाँ। अध्याय 28, अध्याय 26 और अध्याय 21 ने आधुनिक मुख्य चरण दिए।

पैसिफ़िक यू की छाल और पत्तियाँ, पैक्लिटैक्सेल का पहला स्रोत। छायाचित्र: जो ब्लोवे, CC BY-SA 2.0।

30.1 किसी संश्लेषण को मापना

परिभाषा 30.1 (पूर्ण संश्लेषण)

पूर्ण संश्लेषण किसी जटिल अणु को, प्रायः किसी प्राकृतिक उत्पाद को, सरल व्यावसायिक यौगिकों से बनाता है। औपचारिक संश्लेषण किसी पूर्ववर्ती पूर्ण संश्लेषण का कोई मध्यवर्ती बनाता है, जिससे मार्ग काग़ज़ पर पूरा हो जाता है। अर्धसंश्लेषण किसी ऐसे प्राकृतिक यौगिक से आरंभ होता है जो पहले से लक्ष्य के निकट हो।

परिभाषा 30.2 (मार्ग की संरचना)

रैखिक संश्लेषण में प्रत्येक चरण पिछले चरण के उत्पाद पर कार्य करता है; अभिसारी संश्लेषण में अलग-अलग खंड समानांतर रूप से बनाए जाते हैं और देर से जोड़े जाते हैं। सबसे लंबा रैखिक अनुक्रम (LLS) किसी भी आरंभिक पदार्थ से लक्ष्य तक चरणों की सबसे बड़ी संख्या है। समग्र लब्धि प्राप्त लक्ष्य की मात्रा को सीमांत आरंभिक पदार्थ की मात्रा से भाग देने पर मिलती है।

प्रतिज्ञप्ति 30.3 (समग्र लब्धि)

$y_1, \dots, y_n$ लब्धियों वाले चरणों के अनुक्रम के लिए समग्र लब्धि $Y = \prod_i y_i$ है।

उपपत्ति. प्रत्येक चरण उसे मिली मात्रा को उसके $y_i$ गुना उत्पाद में बदलता है; लक्ष्य तक पहुँचने वाली मात्रा आरंभिक मात्रा को बारी-बारी से प्रत्येक गुणक से गुणा करने पर मिलती है। ∎

प्रतिज्ञप्ति 30.4 (अभिसरण)

$n = 2m + 1$ चरणों का मार्ग, प्रत्येक की समान लब्धि $y$ , जो $m$ चरणों की दो शाखाओं के रूप में बना हो और एक युग्मन चरण से जुड़ा हो, अपने सबसे लंबे रैखिक अनुक्रम के अनुदिश समग्र लब्धि $y^{m+1}$ रखता है, जबकि उन्हीं चरणों के रैखिक मार्ग के लिए यह $y^{2m+1}$ है।

उपपत्ति. प्रत्येक शाखा अलग से, जितना आवश्यक हो उतने आरंभिक पदार्थ पर, बनाई जाती है: प्रत्येक शाखा का पदार्थ $m$ चरणों से और फिर युग्मन से गुज़रता है, $m + 1$ गुणक $y$ । रैखिक मार्ग में पदार्थ सभी $2m + 1$ से गुज़रता है। $m = 10$ और $y = 0.90$ के लिए: 31 % बनाम 11 %। ∎

तीन प्रति-चरण लब्धियों के लिए चरणों की संख्या के विरुद्ध समग्र लब्धि (ठोस: रैखिक मार्ग), और 90 % प्रति चरण पर अभिसारी मार्गों के लिए (अंतिम चरण में जुड़ी दो समान शाखाएँ; खंडित)। 90 % पर बीस चरण 12 % छोड़ते हैं; वही चरण अभिसारी रूप से व्यवस्थित करने पर लगभग तीन गुना अधिक छोड़ते हैं।

मार्ग-वृक्ष: प्रत्येक वृत्त एक यौगिक है, प्रत्येक तीर एक चरण। रैखिक मार्ग अपना सारा पदार्थ प्रत्येक चरण से गुज़ारता है; अभिसारी मार्ग दो खंड साथ-साथ बनाकर उन्हें युग्मित करता है, जिससे उसका सबसे लंबा रैखिक अनुक्रम छोटा होता है।

परिभाषा 30.5 (मितव्ययिताएँ और आदर्शता)

चरण मितव्ययिता लक्ष्य तक यथासंभव कम चरणों में पहुँचने का उद्देश्य है; रक्षी-समूह मितव्ययिता, यथासंभव कम रक्षण और विरक्षण चरणों का उपयोग करने का। किसी मार्ग की आदर्शता उसके उन चरणों का अंश है जो ढाँचा बनाते हैं या ऑक्सीकरण स्तर में कोई आवश्यक परिवर्तन करते हैं: $(\text{निर्माण चरण} + \text{रणनीतिक अपचयोपचय चरण})/(\text{कुल चरण})$ ।

प्रतिज्ञप्ति 30.6 (किसी मार्ग की आदर्शता)

एक-पात्र मार्ग जो केवल ढाँचे के आबंध बनाता है, उसकी आदर्शता 100 % है; प्रत्येक रक्षण, विरक्षण, क्रियात्मक-समूह अंतर्रूपांतरण या गैर-रणनीतिक अपचयोपचय चरण उसे घटाता है।

उपपत्ति. सीधे परिभाषा से: ऐसे चरण अंश में जोड़े बिना हर में जुड़ते हैं। ∎

30.2 रक्षी समूह और उनकी मितव्ययिता

प्रत्येक रक्षी समूह की कीमत कम से कम दो चरण होती है, उसे लगाने और हटाने के अभिकर्मक, और दोनों में खोया पदार्थ। 90 % पर आठ चरणों का मार्ग अपने पदार्थ का 43 % बचाता है; 95 % प्रत्येक पर दो रक्षण और दो विरक्षण जोड़ने से यह 35 % रह जाता है। रक्षी समूह लांबिक चुने जाते हैं, ताकि प्रत्येक को अन्य को छुए बिना हटाया जा सके; इससे भी अच्छा, चरणों का क्रम ऐसा व्यवस्थित किया जाता है कि जब क्रियाशील समूह बाधा डालता, तब वह उपस्थित ही न हो, या अभी प्रकट न हुआ हो: रक्षी-समूह-मुक्त संश्लेषण एक लक्ष्य हैं, कौतूहल नहीं।

विधि 30.7 (किसी पूर्ण संश्लेषण को पढ़ना)

लक्ष्य के वलय, त्रिविमजनक केंद्र और संवेदनशील समूह पहचानिए।
मुख्य विच्छेदन और अग्र दिशा में उन्हें बनाने वाली अभिक्रियाएँ खोजिए (रणनीतिक आबंध)।
चरण गिनिए और सबसे लंबा रैखिक अनुक्रम खोजिए; अभिसरण पर ध्यान दीजिए।
ध्यान दीजिए कि प्रत्येक त्रिविमजनक केंद्र कैसे स्थापित होता है (क्रियाधार नियंत्रण, सहायक, उत्प्रेरक, किरैल कुंड)।
रक्षी समूहों और अन्य अनादर्श चरणों की सूची बनाइए; समग्र लब्धि और आदर्शता परिकलित कीजिए।

विधि 30.8 (चरण गिनना)

एक चरण वह एक संक्रिया है जो किसी पृथक किए गए (या कम से कम उपचार-पश्चात् प्रक्रिया से गुज़रे) उत्पाद पर समाप्त होती है; पृथक्करण के बिना एक-पात्र अनुक्रम एक चरण गिना जाता है।
कुल के लिए सभी चरण गिनिए; LLS के लिए, किसी व्यावसायिक यौगिक से लक्ष्य तक का सबसे लंबा पथ अपनाइए।
समग्र लब्धि के लिए LLS के अनुदिश लब्धियों को गुणा कीजिए।

30.3 रणनीतिक आबंध और वलय बनाने वाले मुख्य चरण

परिभाषा 30.9 (रणनीतिक आबंध)

किसी लक्ष्य का रणनीतिक आबंध वह आबंध है जिसका विच्छेदन लक्ष्य को सबसे अधिक सरल बनाता है, प्रायः किसी वलय-तंत्र को विभाजित करके या कई त्रिविमजनक केंद्रों को एक साथ हटाकर, और जिसे कोई विश्वसनीय अभिक्रिया बना सकती है।

एक साथ दो आबंध या कई त्रिविमजनक केंद्र बनाने वाली वलय-निर्माण अभिक्रियाएँ मुख्य आधार हैं: डील्स–ऐल्डर अभिक्रिया (दो C–C आबंध, चार तक त्रिविमजनक केंद्र, त्रिविमविशिष्ट रूप से, अध्याय 26), रॉबिन्सन वलयन (किसी कीटोन पर एक छह-सदस्यीय वलय), मध्यम और बड़े वलयों के लिए वलय-समापी मेटाथीसिस (अध्याय 21), और सोपानी अभिक्रियाएँ।

परिभाषा 30.10 (सोपानी अभिक्रिया)

सोपानी अभिक्रिया रूपांतरणों का ऐसा अनुक्रम है जिसमें प्रत्येक चरण अगले के लिए क्रियात्मकता उत्पन्न करता है, मध्यवर्तियों को पृथक किए बिना या अभिकर्मक मिलाए बिना।

परिभाषा 30.11 (जैवअनुकारी संश्लेषण)

जैवअनुकारी संश्लेषण उस मार्ग का अनुकरण करता है जिससे किसी प्राकृतिक उत्पाद को जीव में बनाया जाना माना जाता है।

कोशिकाओं में स्क्वैलीन ऑक्साइड का लैनोस्टेरॉल में चक्रीकरण, एक एंज़ाइमी सोपान में चार वलय और सात त्रिविमजनक केंद्र, ने विलियम जॉनसन के पॉलिईन चक्रीकरणों को प्रेरित किया, जिनमें सावधानी से अभिकल्पित पॉलिईन के एक सिरे पर आरंभ हुआ एक धनायन कुर्सी-सदृश संक्रमण अवस्थाओं से होकर वलय पर वलय बंद करता जाता है, और स्टेरॉयडों के trans वलय-संगलन स्थापित करता है।

30.4 युगांतरकारी मार्ग

परिभाषा 30.12 (मैनिख अभिक्रिया)

मैनिख अभिक्रिया किसी ईनॉल या ईनोलेट का एक इमीनियम आयन पर योग है, जो किसी ऐल्डिहाइड और एक प्राथमिक या द्वितीयक ऐमीन से अभिक्रिया-मिश्रण में ही बनता है, जिससे एक $\beta$ -ऐमीनो कार्बोनिल यौगिक मिलता है।

1917 में रॉबर्ट रॉबिन्सन ने ऐट्रोपीन और कोकेन का द्विचक्रीय क्रोड, ट्रोपिनोन, तीन सरल घटकों से जल में एक ही पात्र में बनाया, यह कल्पना करते हुए कि पौधा भी इसे इसी तरह बनाता होगा: $\ce{C4H6O2 + CH3NH2 + C5H6O5 -> C8H13NO + 2CO2 + 2H2O}$ (सक्सिनैल्डिहाइड, मेथिलऐमीन और ऐसीटोनडाइकार्बोक्सिलिक अम्ल ट्रोपिनोन देते हैं)।

रॉबिन्सन का ट्रोपिनोन संश्लेषण। दो मैनिख अभिक्रियाएँ, पहली अंतराआण्विक और दूसरी वलय बंद करने वाली, तीनों घटकों को जोड़ती हैं; वे दो कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह जिन्होंने केंद्रीय CH2 समूहों को ईनॉलन-योग्य बनाया था, फिर कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में निकल जाते हैं। द्विचक्रीय उत्पाद में N-मेथिल सेतु सप्तसदस्यीय वलय के आर-पार फैला है। — रॉबिन्सन का ट्रोपिनोन संश्लेषण। दो मैनिख अभिक्रियाएँ, पहली अंतराआण्विक और दूसरी वलय बंद करने वाली, तीनों घटकों को जोड़ती हैं; वे दो कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह जिन्होंने केंद्रीय $\ce{CH2}$ समूहों को ईनॉलन-योग्य बनाया था, फिर कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में निकल जाते हैं। द्विचक्रीय उत्पाद में N-मेथिल सेतु सप्तसदस्यीय वलय के आर-पार फैला है।

प्रतिज्ञप्ति 30.13 (एक पात्र में ट्रोपिनोन)

एक-पात्र ट्रोपिनोन संश्लेषण दो मैनिख अभिक्रियाएँ हैं जिनके बाद दो विकार्बोक्सिलन होते हैं।

तर्क. मेथिलऐमीन और सक्सिनैल्डिहाइड का एक ऐल्डिहाइड समूह एक इमीनियम आयन देते हैं; ऐसीटोनडाइकार्बोक्सिलिक अम्ल का एक ईनॉल उस पर जुड़ता है (पहली मैनिख)। बना हुआ द्वितीयक ऐमीन दूसरे ऐल्डिहाइड समूह के साथ संघनित होकर एक चक्रीय इमीनियम आयन बनाता है, जिस पर कीटोन के दूसरी ओर का ईनॉल आक्रमण करता है (दूसरी मैनिख), जिससे द्विचक्र बंद हो जाता है। फिर दोनों $\beta$ -कीटो अम्ल समूह $\ce{CO2}$ खो देते हैं, जैसा $\beta$ -कीटो अम्ल हल्का गर्म करने पर करते हैं। ∎

इलायस कोरी के प्रोस्टाग्लैंडिन $\mathrm F_{2\alpha}$ संश्लेषण (1969) ने पश्च-संश्लेषी विश्लेषण को सुस्पष्ट बनाया। डील्स–ऐल्डर अभिक्रिया से बना एक बाइसाइक्लो[2.2.1]हेप्टीनोन साइक्लोपेन्टेन के प्रतिस्थापियों का आपेक्षिक विन्यास वहन करता है; एक बायर–विलिगर ऑक्सीकरण (अध्याय 27) और एक आयोडोलैक्टोनन इसे कोरी लैक्टोन में बदल देते हैं, जिससे दोनों पार्श्व शृंखलाएँ ओलेफ़िनन द्वारा जोड़ी जाती हैं। यह लैक्टोन तब से अनेक प्रोस्टाग्लैंडिन औषधों के लिए काम आया है।

कोरी का प्रोस्टाग्लैंडिन F_2 का पश्च-संश्लेषण, रूपरेखा में (द्वि-तीर: “से बनता है”)। दोनों पार्श्व शृंखलाएँ पहले विच्छेदित की जाती हैं; अपने चार त्रिविमजनक केंद्रों सहित साइक्लोपेन्टेन एक लैक्टोन से आता है, लैक्टोन एक द्विचक्रीय कीटोन से, और कीटोन एक डील्स–ऐल्डर अभिक्रिया से जो उनका आपेक्षिक विन्यास निर्धारित करती है। — कोरी का प्रोस्टाग्लैंडिन $\mathrm F_{2\alpha}$ का पश्च-संश्लेषण, रूपरेखा में (द्वि-तीर: “से बनता है”)। दोनों पार्श्व शृंखलाएँ पहले विच्छेदित की जाती हैं; अपने चार त्रिविमजनक केंद्रों सहित साइक्लोपेन्टेन एक लैक्टोन से आता है, लैक्टोन एक द्विचक्रीय कीटोन से, और कीटोन एक डील्स–ऐल्डर अभिक्रिया से जो उनका आपेक्षिक विन्यास निर्धारित करती है।

इन्फ़्लुएंज़ा की औषध ओसेल्टामिविर औद्योगिक रूप से शिकिमिक अम्ल से बनाई जाती है, जो चक्रफूल (स्टार ऐनीस) से निष्कर्षित और बाद में किण्वन द्वारा उत्पादित एक किरैल-कुंड यौगिक है: इसका छह-सदस्यीय वलय और त्रिविमजनक केंद्र पहले से अपने स्थान पर हैं। मार्ग वलय-डाइऑल को एक एपॉक्साइड में बदलता है, उसे ऐज़ाइड से खोलता है, एक ऐज़िरिडीन बंद करता है और उसे फिर ऐज़ाइड से खोलता है, जिससे दोनों नाइट्रोजन परमाणु trans स्थापित होते हैं; ऐसीटिलन और अपचयन काम पूरा करते हैं। चूँकि सोडियम ऐज़ाइड और कार्बनिक ऐज़ाइड विषैले हैं और बड़े पैमाने पर संभावित रूप से विस्फोटक, बाद में ऐज़ाइड-मुक्त मार्ग विकसित किए गए।

शिकिमिक अम्ल से ओसेल्टामिविर, केवल मुख्य चरण: प्राकृतिक वलय और उसके त्रिविमजनक केंद्र बनाए रखे जाते हैं, और एक एपॉक्साइड और एक ऐज़िरिडीन को ऐज़ाइड से क्रमशः खोलकर दो नाइट्रोजन परमाणु एक-दूसरे के trans प्रविष्ट किए जाते हैं। — शिकिमिक अम्ल से ओसेल्टामिविर, केवल मुख्य चरण: प्राकृतिक वलय और उसके त्रिविमजनक केंद्र बनाए रखे जाते हैं, और एक एपॉक्साइड और एक ऐज़िरिडीन को ऐज़ाइड से क्रमशः खोलकर दो नाइट्रोजन परमाणु एक-दूसरे के *trans* प्रविष्ट किए जाते हैं।

30.5 खोज से प्रक्रम तक

जैविक परीक्षण के लिए मिलीग्राम देने वाला मार्ग शायद ही कभी वही होता है जो टनों के लिए प्रयुक्त हो। प्रक्रम रसायनज्ञ लागत, सुरक्षा और दृढ़ता के लिए मार्गों की छानबीन करते हैं: वे क्रिस्टलन के पक्ष में वर्णलेखन हटाते हैं, संकटपूर्ण अभिकर्मकों और निम्नतापी तापों को बदलते हैं, अनुक्रम छोटा करते हैं, प्रत्येक चरण की तापीय सुरक्षा ऊष्मामिति से जाँचते हैं, और अशुद्धियों के लिए विनिर्देश तय करते हैं। ये विकल्प अध्याय 31 के मापों से मिलते हैं।

प्रयोगशाला में — एक ग्राम से एक किलोग्राम तक

गोल पेंदी वाले फ़्लास्क में एक ग्राम पर चलाया गया चरण दस ग्राम पर एक जैकेट-युक्त रिएक्टर में दोहराया जाता है, जिसमें ऊपर से लगा विलोडक और द्रव में एक ताप-प्रोब होता है, और आंतरिक ताप पर नज़र रखते हुए क्रियाशील अभिकर्मक नियंत्रित दर से मिलाया जाता है: मुक्त ऊष्मा आयतन के साथ बढ़ती है, परंतु उसे हटाने वाला क्षेत्रफल आकार के केवल वर्ग के साथ बढ़ता है। जब ऊष्मा प्रवाह और उपचार-पश्चात् प्रक्रिया (प्रावस्था पृथक्करण, निस्यंदन, शुष्कन) ठीक व्यवहार करते हैं, तभी चरण को किलोग्राम पर चलाया जाता है।

सुरक्षा

सोडियम ऐज़ाइड: निगलने पर घातक, जलीय जीवों के लिए अत्यधिक विषैला; अम्लों के साथ यह हाइड्रैज़ोइक अम्ल मुक्त करता है, एक विषैली और विस्फोटक गैस, और भारी धातुओं (नालियों में कॉपर और लेड) के साथ विस्फोटक ऐज़ाइड बनाता है। अपशिष्ट को रासायनिक रूप से नष्ट किया जाता है, कभी बहाया नहीं जाता।

इतिहास — रॉबिन्सन, वुडवर्ड, कोरी

रॉबर्ट रॉबिन्सन को ऐल्कलॉइडों और अन्य पादप उत्पादों पर उनके कार्य के लिए 1947 का रसायन का नोबेल पुरस्कार मिला; 1917 का उनका ट्रोपिनोन संश्लेषण अपनी मितव्ययिता के लिए आज भी उद्धृत किया जाता है। रॉबर्ट वुडवर्ड के क्विनीन, कोलेस्टेरॉल, क्लोरोफ़िल और, ऐल्बर्ट एशेनमोज़र के साथ, विटामिन $\mathrm B_{12}$ के संश्लेषणों ने पूर्ण संश्लेषण को एक कला बना दिया (1965 का पुरस्कार)। इलायस कोरी ने पश्च-संश्लेषी विश्लेषण को औपचारिक रूप दिया और कार्बनिक संश्लेषण के सिद्धांत और कार्यप्रणाली के लिए 1990 का पुरस्कार पाया।

30.6 अभ्यास

अभ्यास 30.1 ★

90 % और 80 % प्रति चरण पर 10- और 20-चरणीय रैखिक मार्गों की समग्र लब्धि परिकलित कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 30.1.

90 % पर: $0.9^{10} = 35$ % और $0.9^{20} = 12$ %। 80 % पर: $0.8^{10} = 11$ % और $0.8^{20} = 1.2$ %।

अभ्यास 30.2 ★

एक मार्ग खंड A को पाँच चरणों में और खंड B को तीन में बनाता है, उन्हें युग्मित करता है, और लक्ष्य तक चार और चरण लेता है। चरणों की कुल संख्या और सबसे लंबा रैखिक अनुक्रम बताइए।

हल

हल — अभ्यास 30.2.

कुल $5 + 3 + 1 + 4 = 13$ चरण; LLS $5 + 1 + 4 = 10$ ।

अभ्यास 30.3 ★

ऐसीटोन, मेथेनैल (फ़ॉर्मैल्डिहाइड) और डाइमेथिलऐमीन की मैनिख अभिक्रिया का उत्पाद बताइए।

हल

हल — अभ्यास 30.3.

4-(डाइमेथिलऐमीनो)ब्यूटेन-2-ओन, $\ce{CH3COCH2CH2N(CH3)2}$ : ऐसीटोन का ईनॉल इमीनियम आयन $\ce{CH2=N+(CH3)2}$ पर जुड़ता है।

अभ्यास 30.4 ★

4-ऐसीटिलसाइक्लोहेक्सीन का एक डील्स–ऐल्डर विच्छेदन बताइए, और अग्र अभिक्रिया।

हल

हल — अभ्यास 30.4.

C=C के ऐलिलिक दोनों वलय-आबंधों का विच्छेदन कीजिए: ब्यूटा-1,3-डाईन और ब्यूट-3-ईन-2-ओन (मेथिल वाइनिल कीटोन), जो गर्म करने पर अभिक्रिया करते हैं।

अभ्यास 30.5 ★★

एक 21-चरणीय रैखिक मार्ग 90 % प्रति चरण पर चलता है। उसकी समग्र लब्धि परिकलित कीजिए, और दो 10-चरणीय शाखाओं और एक युग्मन वाले अभिसारी संस्करण की भी।

हल

हल — अभ्यास 30.5.

रैखिक: $0.9^{21} = 11$ %। अभिसारी: $0.9^{11} = 31$ %, लगभग तीन गुना।

अभ्यास 30.6 ★★

मार्ग A में 12 चरण हैं, जिनमें से 7 ढाँचे के आबंध बनाते हैं और 1 एक रणनीतिक अपचयन है; मार्ग B में 9 चरण हैं, जिनमें से 7 ढाँचे के। उनकी आदर्शताएँ परिकलित कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 30.6.

A: $(7 + 1)/12 = 67$ %। B: $7/9 = 78$ %।

अभ्यास 30.7 ★★

90 % प्रति चरण वाले आठ-चरणीय मार्ग को दो रक्षी समूह चाहिए, प्रत्येक 95 % पर लगाया और हटाया जाता है। उनके साथ और उनके बिना समग्र लब्धि परिकलित कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 30.7.

उनके बिना: $0.9^8 = 43$ %। 95 % वाले चार अतिरिक्त चरणों के साथ: $43\,\% \times 0.95^4 = 35$ %।

अभ्यास 30.8 ★★

एक ट्राइऑल में एक प्राथमिक, एक द्वितीयक और एक तृतीयक हाइड्रॉक्सी समूह है। ऐसे रक्षी समूह प्रस्तावित कीजिए जिनसे प्रत्येक को बारी-बारी से मुक्त किया जा सके, और उन्हें हटाने की परिस्थितियाँ बताइए।

हल

हल — अभ्यास 30.8.

प्राथमिक: एक भारी सिलिल ईथर (tert-ब्यूटिलडाइफ़ेनिलसिलिल), फ़्लुओराइड से हटाया जाता है। द्वितीयक: एक 4-मेथॉक्सीबेंज़िल ईथर, DDQ से ऑक्सीकरण द्वारा हटाया जाता है। बाधित तृतीयक ऐल्कोहॉल को प्रायः मुक्त छोड़ा जा सकता है, या एक छोटे सिलिल ईथर के रूप में रक्षित किया जा सकता है जो मृदु अम्ल से विदलित होता है। प्रत्येक परिस्थिति अन्य समूहों को अक्षत छोड़ती है।

अभ्यास 30.9 ★★

पैक्लिटैक्सेल का उत्पादन उसके किसी भी पूर्ण संश्लेषण के बजाय अर्धसंश्लेषण से क्यों किया गया?

हल

हल — अभ्यास 30.9.

पूर्ण संश्लेषणों में दसियों चरण लगते थे और समग्र लब्धियाँ 1 % से बहुत नीचे थीं; पूर्ण वलय-तंत्र और अधिकांश त्रिविमजनक केंद्रों वाला एक यौगिक, जो एक नवीकरणीय स्रोत, यूरोपीय यू की पत्तियों से निष्कर्षित होता है, कुछ ही चरणों में रूपांतरित हो जाता है।

अभ्यास 30.10 ★★★

2-मेथिलसाइक्लोहेक्सेन-1,3-डाइओन मेथिल वाइनिल कीटोन से रॉबिन्सन वलयन में अभिक्रिया करता है। माइकल और ऐल्डोल चरण पहचानिए और बनने वाला द्विचक्रीय ईनोन (वीलैंड–मीशर कीटोन) बताइए।

हल

हल — अभ्यास 30.10.

माइकल योग: डाइओन का ईनोलेट (C2, दोनों कार्बोनिलों के बीच) मेथिल वाइनिल कीटोन के $\beta$ -कार्बन पर जुड़ता है, जिससे एक ट्राइकीटोन बनता है। ऐल्डोल: मेथिल कीटोन का ईनोलेट अंतःआण्विक रूप से एक वलय-कार्बोनिल पर आक्रमण करता है, और निर्जलीकरण साइक्लोहेक्सीनोन देता है: वीलैंड–मीशर कीटोन, कोणीय मेथिल समूह वाला एक द्विचक्रीय ईनडाइओन।

अभ्यास 30.11 ★★★

दिखाइए कि प्रतिज्ञप्ति 30.4 का अभिसारी मार्ग रैखिक मार्ग से $y^{-m}$ गुना अधिक पदार्थ बचाता है, और 90 % पर $m = 5$ तथा $m = 15$ के लिए इस गुणक का मान निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 30.11.

$y^{m+1}/y^{2m+1} = y^{-m}$ : 90 % पर, $m = 5$ के लिए 1.7 और $m = 15$ के लिए 4.9। मार्ग जितना लंबा, अभिसरण उतना ही लाभदायक।

अभ्यास 30.12 ★★★

किसी पॉलिईन चक्रीकरण में कुर्सी-सदृश संक्रमण अवस्थाएँ trans वलय-संगलन क्यों देती हैं, और प्रत्येक द्विबंध की ज्यामिति (E या Z) क्यों महत्त्वपूर्ण है?

हल

हल — अभ्यास 30.12.

प्रत्येक वलय धनायन और आक्रमणकारी द्विबंध की कुर्सी-सदृश व्यवस्था में बंद होता है; प्रत्येक द्विबंध पर योग anti होता है, और प्रतिस्थापी छद्म-विषुवतीय स्थितियाँ लेते हैं, जिससे प्रत्येक वलय-संगलन trans होता है। E द्विबंध अपनी दोनों शृंखला-निरंतरताओं को ऐसे रखता है कि trans संगलन बने; Z द्विबंध cis संगलन देता: पॉलिईन की ज्यामिति उत्पाद के त्रिविम रसायन को कूटबद्ध करती है।

30.7 समस्या: एक पात्र में ट्रोपिनोन

समस्या 30.1

सप्ताहांत समस्या — एक पात्र में ट्रोपिनोन: तीन घटक और संतुलित समीकरण, दो मैनिख अभिक्रियाएँ, एक लंबे रैखिक मार्ग से तुलना, और ट्रोपिनोन तथा उसके अपचयन उत्पादों का त्रिविम रसायन

समस्या के आँकड़े: pH 5 के निकट बफ़रित जल में चलाया गया एक-पात्र संश्लेषण 42 % लब्धि में ट्रोपिनोन देता है; एक पुराने रैखिक मार्ग को औसतन 75 % वाले 14 चरण चाहिए।

भाग I — घटक और समीकरण।

सक्सिनैल्डिहाइड, मेथिलऐमीन, ऐसीटोनडाइकार्बोक्सिलिक अम्ल और ट्रोपिनोन के सूत्र बताइए।
संतुलित समीकरण लिखिए।
अभिकारकों और ट्रोपिनोन के मोलर द्रव्यमान परिकलित कीजिए।
परमाणु मितव्ययिता परिकलित कीजिए।
ऐसीटोन के स्थान पर ऐसीटोनडाइकार्बोक्सिलिक अम्ल क्यों प्रयुक्त होता है?
उदासीन pH के निकट बफ़र करना क्यों सहायक है?

भाग II — क्रियाविधि।

पहले इमीनियम आयन का बनना लिखिए।
पहली मैनिख अभिक्रिया दर्शाइए।
दूसरा इमीनियम आयन कैसे बनता है?
दूसरी, वलय-समापी मैनिख अभिक्रिया दर्शाइए।
दोनों कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह $\ce{CO2}$ के रूप में क्यों निकलते हैं?
बनने वाले C–C और C–N आबंध गिनिए।

भाग III — एक पात्र बनाम चौदह चरण।

रैखिक मार्ग की समग्र लब्धि परिकलित कीजिए।
उसकी तुलना में एक-पात्र लब्धि का अनुपात परिकलित कीजिए।
एक-पात्र मार्ग की आदर्शता परिकलित कीजिए।
लब्धि के अतिरिक्त और क्या एक-पात्र मार्ग के पक्ष में है?
एक-पात्र संश्लेषण को जैवअनुकारी क्यों कहा जाता है?
इस अध्याय का कोई अन्य अभिक्रिया-वर्ग बताइए जो एक साथ कई आबंध बनाता है।

भाग IV — त्रिविम रसायन।

क्या ट्रोपिनोन किरैल है? उसका सममिति तत्व खोजिए।
फिर भी दोनों सेतुशीर्ष कार्बन त्रिविमजनक केंद्र क्यों हैं?
कीटोन का अपचयन दो ऐल्कोहॉल देता है, ट्रोपीन और स्यूडोट्रोपीन। उनका संबंध क्या है?
क्या ट्रोपीन और स्यूडोट्रोपीन किरैल हैं?
कोई हाइड्राइड कार्बोनिल समूह के पास वरीयता से एक फलक से क्यों पहुँचता है?
परिणाम बताइए: एक-पात्र लब्धि का रैखिक मार्ग की समग्र लब्धि से अनुपात।

हल

हल — समस्या 30.1.

1. $\ce{C4H6O2}$ , $\ce{CH5N}$ , $\ce{C5H6O5}$ , $\ce{C8H13NO}$ ।

2. $\ce{C4H6O2 + CH5N + C5H6O5 -> C8H13NO + 2CO2 + 2H2O}$ ।

3. 86.0, 31.0 और $146.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; ट्रोपिनोन $139.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ।

4. $139.0/(86.0 + 31.0 + 146.0) = 0.53$ : 53 %।

5. इसके केंद्रीय $\ce{CH2}$ समूह, जिनमें से प्रत्येक दो कार्बोनिल समूहों के बीच है, जल में सरलता से ईनॉलित होते हैं; ऐसीटोन स्वयं बहुत दुर्बल नाभिकरागी है, और सक्रियक कार्बोक्सिल समूह बाद में निकल जाते हैं।

6. इमीनियम आयनों को मुक्त ऐमीन चाहिए (अधिक अम्ल उसे प्रोटॉनित कर देता है), और ईनॉल तथा इमीनियम के बनने को कुछ अम्ल चाहिए: उदासीनता के निकट pH इन्हें संतुलित करता है।

7. $\ce{CH3NH2}$ एक ऐल्डिहाइड समूह पर जुड़ता है; जल का निकास इमीनियम आयन $\ce{R-CH=N+H-CH3}$ देता है।

8. ऐसीटोनडाइकार्बोक्सिलिक अम्ल का एक ईनॉल कार्बन इमीनियम कार्बन पर आक्रमण करता है, जिससे एक C–C आबंध और एक द्वितीयक ऐमीन बनते हैं।

9. द्वितीयक ऐमीन उसी शृंखला के दूसरे ऐल्डिहाइड समूह के साथ संघनित होता है, जिससे एक चक्रीय (पंचसदस्यीय) इमीनियम आयन बनता है।

10. कीटोन के दूसरी ओर का ईनॉल उस पर आक्रमण करता है, जिससे छह-सदस्यीय वलय और द्विचक्रीय ढाँचा बंद होता है।

11. प्रत्येक एक $\beta$ -कीटो अम्ल है, जो एक चक्रीय छह-सदस्यीय संक्रमण अवस्था से होकर $\ce{CO2}$ खोता है, जिससे कीटोन का ईनॉल मिलता है।

12. दो C–C आबंध और दो C–N आबंध।

13. $0.75^{14} = 0.018$ : 1.8 %।

14. $42/1.78 = 24$ ।

15. 100 %: एक चरण, सब कुछ आबंध-निर्माण।

16. एक संक्रिया, विलायक के रूप में जल, सस्ते घटक, कोई रक्षी समूह नहीं और कार्बन डाइऑक्साइड तथा जल के अतिरिक्त लगभग कोई अपशिष्ट नहीं।

17. पौधा ट्रोपेन ढाँचे को एक ऐमीनो-अम्ल-व्युत्पन्न चक्रीय इमीनियम आयन और एक ऐसीटेट-व्युत्पन्न इकाई से, उसी प्रकार के मैनिख रसायन द्वारा, बनाता है।

18. सोपानी अभिक्रियाएँ (और डील्स–ऐल्डर अभिक्रिया जैसे वलय बनाने वाले चक्रीयोजन)।

19. नहीं: एक दर्पण तल N, उसके मेथिल समूह, C3 और कार्बोनिल ऑक्सीजन से होकर जाता है।

20. प्रत्येक पर चार भिन्न समूह हैं, पर वे अणु के अपने सममिति तल में एक-दूसरे के दर्पण प्रतिबिंब हैं: एक मेसो-प्रकार का यौगिक।

21. अप्रतिबिंबरूपी, जो नाइट्रोजन सेतु के सापेक्ष C3 पर OH के अभिविन्यास में भिन्न हैं।

22. नहीं: दोनों में दर्पण तल बना रहता है।

23. कार्बोनिल समूह के दोनों फलक तुल्य नहीं हैं: एक नाइट्रोजन सेतु की ओर है, दूसरा दो-कार्बन सेतु की ओर, और ये भिन्न रूप से बाधा डालते हैं।

24. एक-पात्र मार्ग 14-चरणीय रैखिक मार्ग की समग्र लब्धि का लगभग 24 गुना देता है।

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