Термины, связанные с цементом. Изучаемого соединения

Главная --> Справочник терминов

Изучаемого соединения вующлх в предпринятом синтезе. Но этому ионоду один из величайших синтетикой нашего времени лауреат Нобелевской премии Р. Вудворд писал: «Нряд ли можно отрицать, что успешный исход синтеза, состоящего более чем из тридцати стадий, является суромым испытанием способности науки к предвидению, а также проверкой ее познавательной мощи в сфере изучаемых объектов» 7. Но случается, и не столь уж редко, что при вторжении в ironyro «сферу изучаемых объектов», казалось бы, хорошо апробированные методы но срабатывают, и тут-то и начинается самое интересное. Во-первых, сам факт такой «осечки» — ото уже небольшое (а иногда и значительное) открытие — обнаружение неожиданной химической особенности, присущей изучаемой структуре. Причем маловероятно, чтобы ото было обнаружено «просто» при изучении химии соединения вне связи с его синтезом. Маловероятно именно потому, что речь идет о хорошо известных реакциях, результат которых применительно к данному соединению был бы, скорее всего, тривиален, и потому такой эксперимент вряд ли был бы поставлен. Во-вторых, существование конкретной синтетической цели не позволяет исследователю ограничиться индифферентной констатацией факта, что такая-то реакция в данном случае не идет или идет не так, как предполагалось. Затрудненно надо преодолен,, и наиболее эффективный путь для этого — понять причину возникновения аномалий, т. е. более; глубоко разобраться в химии изучаемых соединении, а после этого нужно создать новый вариант известного метода. Мели п таким способом преодолеть препятствие не удается, то прнходитси искать какие-то иные пути и привлекать для этого и методы, и идеи из других, часто отдаленных областей химии. Такой напряженный и многогранный целенаправленный поиск решения дает в качестве «побочного продукта» обширные и глубокие знания о реакционной способности изучаемых соединений, знания, которые вряд ли бы были получены иным путем в обозримое время.

Первым этапом определения структуры является обычно определение брутто-формулы, после чего выясняются наличие в-соединении функциональных групп, их расположение на углеродном остове (скелете) и ориентация в пространстве. Ранее эта процедура осуществлялась исключительно химическим путем: соединение преобразовывалось с помощью различных методов, о которых известно, к каким структурным изменениям они приводят; полученные в результате этих реакций продукты сопоставлялись с известными веществами, снова подвергались преобразованиям и т. д. Доказательство структуры напоминало — и напоминает до сих пор — разгадывание головоломок, отдельные части которых точно подогнаны друг к другу. Не удивительно, что при таком способе определения структуры зачастую требовались большие количества изучаемых соединений (порядка граммов и более), чт>б приводило, учитывая относительную недоступность многих из них, к огромным трудностям (даже для выделения миллиграммов такого вещества из природного сырья часто требовалось переработать десятки и сотни килограммов исходного материала, что занимало многие месяцы, а иногда и годы).

Чаще подобные реакции используют в аналитических целях для того, чтобы по продуктам деструкции установить строение изучаемых соединений, например:

..иногда и значительное) открытие — обнаружение неожиданной химической 'особенности, присущей изучаемой структуре. Причем маловероятно, чтобы эта особенность была обнаружена «просто» при изучении химии данного со вдошения вне связи с его синтезом. Маловероятно именно потому, что речь дает о хорошо изученных реакциях, результат которых казался точно предсказуемым и поэтому, если бы не потребности синтеза, то вряд ли имело .смысл ставить такой эксперимент. Во-вторых, существование конкретной синтетической цели не позволяет исследователю ограничиться индифферентной констатацией факта, что такая-то реакция в данном случае странным образом не идет или идет, но не так, как предполагалось. Затруднение нужно преодолеть, и наиболее эффективный путь для этого — понять причи-.ну возникновения аномалий, т. е. глубже разобраться в химии изучаемых соединений. Понимание причин наблюдаемых осложнений может помочь в .разработке нового варианта примененного метода. Если и таким путем преодолеть препятствие не удается, то приходится искать какие-то новые пути и привлекать для этого и методы и идеи из других, часто отдаленных областей химии. Такой напряженный и многогранный целенаправленный поиск решения дает в качестве «побочного продукта» новые и углубленные знания о реакционной способности органических соединений — знания, которые вряд ли бы были получены в обозримое время, если бы не возникло проблем с решением поставленной синтетической задачи.

? ..иногда и значительное) открытие — обнаружение неожиданной химической 'особенности, присущей изучаемой структуре. Причем маловероятно, чтобы эта особенность была обнаружена «просто» при изучении химии данного со-'единения вне связи с его синтезом. Маловероятно именно потому, что речь вдет о хорошо изученных реакциях, результат которых казался точно предсказуемым и поэтому, если бы не потребности синтеза, то вряд ли имело -смысл ставить такой эксперимент. Во-вторых, существование конкретной 'синтетической цели не позволяет исследователю ограничиться индиффе-!рентной констатацией факта, что такая-то реакция в данном случае странным образом не идет или идет, но не так, как предполагалось. Затруднение , щжно преодолеть, и наиболее эффективный путь для этого — понять причи-;.ну возникновения аномалий, т. е, глубже разобраться в химии изучаемых соединений. Понимание причин наблюдаемых осложнений может помочь в ^разработке нового варианта примененного метода. Если и таким путем преодолеть препятствие не удается, то приходится искать какие-то новые пути и привлекать для этого и методы и идеи из других, часто отдаленных областей ХИМИИ. Такой напряженный и многогранный целенаправленный поиск решения дает в качестве «побочного продукта» новые и углубленные знания о реакционной способности органических соединений — знания, которые вряд ли бы были получены в обозримое время, если бы не возникло проблем с решением поставленной синтетической задачи.

Мы уже говорили о том, что химические исследования в химии углеводов направлены в конечном счете преимущественно на решение проблемы «структура — свойство», «структура — функция». Один подход к решению — это выделение индивидуальных природных углеводов, установление их структуры и сопоставление полученных сведений с наблюдаемыми свойствами природных углеводов и их биологическими функциями. На этой основе можно сделать те или иные выводы и обобщения о роли структурных факторов в проявлении тех или иных свойств природных соединений. Однако для того, чтобы подтвердить такие заключения, а также для того, чтобы их уточнить и детализировать, очень важно иметь возможность варьировать структуру изучаемых соединений, варьировать целенаправленно, плавно изменяя в них какой-то определенный структурный параметр. И здесь незаменимым оказывается точный синтез как источник модельных объектов исследования с заданной структурой.

ЯМР-спектроскопия обладает целым рядом преимуществ при исследовании Сахаров: применение метода не ограничено растворимостью изучаемых соединений; он дает точную информацию о функциональном составе, строении, конфигурации и конформации изучаемых веществ. Трактовка спектра относительно проста. В настоящее время имеется уже свыше сотни работ, посвященных применению ЯМР-спектроскопии для исследования Сахаров. Надо полагать, что ЯМР-спектроскопия Сахаров будет развиваться дальше и по мере усовершенствования приборов найдет еще более широкое применение.

Первым хроматографическим методом, примененным для разделения смесей свободных моносахаридов, была хроматография на бумаге31. В настоящее время, несомненно, этот метод является наиболее употребительным при анализе моносахаридов и целого ряда их производных. Техника проведения хроматографического разделения (подготовка образцов для анализа, применяемые системы растворителей, способы получения хроматограмм и обнаружение зон) подробно описана в соответствующих руководствах16'22. Величина RF, характеризующая хроматографическое поведение данного вещества в данной системе растворителей, служит для идентификации изучаемых соединений с веществами известного строения. Чтобы исключить влияние на RF изменяющихся условий разделения, обычно сравнивают хроматографическое поведение исследуемого и заведомого моносахарида на одной и той же хроматограмме.

Специфическое влияние структурных и стереохимических факторов на скорость окисления тетраацетатом свинца дает в руки исследователя уникальный метод строго избирательного расщепления изучаемых соединений. Такие способы расщепления, как избирательное окисление восстанавливающего звена или окисление всех а-гликольных группировок, не затрагивающее звенья с 1 ->4-связями, не имеют аналогий в других методах и характерны только для реакций тетраацетата свинца с углеводами.

иногда и значительное) открытие — обнаружение неожиданной химической особенности, присущей изучаемой структуре. Причем маловероятно, чтобы эта особенность была обнаружена «просто» при изучении химии данного соединения вне связи с его синтезом. Маловероятно именно потому, что речь идет о хорошо изученных реакциях, результат которых казался точно предсказуемым и поэтому, если бы не потребности синтеза, то вряд ли имело смысл ставить такой эксперимент. Во-вторых, существование конкретной синтетической цели не позволяет исследователю ограничиться индифферентной констатацией факта, что такая-то реакция в данном случае странным образом не идет или идет, но не так, как предполагалось. Затруднение нужно преодолеть, и наиболее эффективный путь для этого — понять причину возникновения аномалий, т. е. глубже разобраться в химии изучаемых соединений. Понимание причин наблюдаемых осложнений может помочь в разработке нового варианта примененного метода. Если и таким путем преодолеть препятствие не удается, то приходится искать какие-то новые пути и привлекать для этого и методы и идеи из других, часто отдаленных областей химии. Такой напряженный и многогранный целенаправленный поиск решения дает в качестве «побочного продукта» новые и углубленные знания о реакционной способности органических соединений — знания, которые вряд ли бы были получены в обозримое время, если бы не возникло проблем с решением поставленной синтетической задачи.

Слабое место рассуждений зйключается в полном игнорировании конформационных особенностей изучаемых соединений. Допущение, что как дивиниловые сульфиды", так и эфиры находятся в одной и той же конформации (плоской транс-транс), является весьма грубым приближением, не учитывающим экспериментально доказанной конфирмационной неоднородности виниловых эфиров и сульфидов (еж. разделы 7.1—7.5). В разделе 7.1.1 показано, что замена в дивиниловом эфире атома кислорода атомом серы (переход к дивинилсульфиду) сопровождается существенным изменением конформационного соотношения,, что, естественно, не может не-отразиться на наблюдаемой чувствительности молекул к эффектам заместителей.

Это утверждение сегодня может показаться устаревшим. Действительно, такие мощные современные физические методы структурного анализа, как спектроскопия в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях, ядерный магнитный резонанс, масс-спектрометрия высокого разрешения, казалось бы, обеспечивают возможность быстрого установления строения любых органических соединений. Лельзя, однако, забывать, что трактовка результатов, получаемых любым из :>ти.\ физических методов, базируется прежде всего на аналогиях с известными соединениями и потому тем более надежна, чем ближе структура изучаемого соединения к уже наученным, структурам. I! случаях же структур необычных, новых тпнои интерпретация спектров в структурных терминах нередко становится далеко не однозначной 4.

Нередки ситуации, когда встречный синтез вообще окапывается единственным средством для выбора между несколькими альтернативными структура*!и изучаемого соединения. Так бывает, если вещество доступно для исследования в ничтожно малых количествах — в долях миллиграмма пли даже .микрограммах и его оказывается недостаточно для применения всего комплекса физико-химических и деструктивных методов структурного анализа :>. .')то можно проиллюстрировать таким примером.

После того как при помощи реакций расщепления и аналитического расчленения удастся более или менее выяснить строение изучаемого соединения, обычно стараются получить это соединение синтетическим путем, чтобы подтвердить свои выводы. Если этот синтез, специально рассчитанный на получение вещества с предполагаемым строением, удастся, то он является ценнейшим подтверждением ранее сделанных выводов.

Соединения с двумя разными асимметрическими центрами существуют в виде двух диастереомеров, каждый из которых способен расщепляться на оптические антиподы. В этих случаях можно воспользоваться сведением изучаемого соединения к веществу с двумя одинаковыми хиральными центрами. Если сами центры не затрагивались или твердо известен стереохимический ход превращения, проводимого у этих центров, то получение жезо-формы укажет на э/шгро-конф игу рацию исходного вещества, получение DL-формы — на его трео-конфигурацию. Такой путь использовали Стефановский и Куртев [2] для определения конфигурации 3-амино-2,3-дифе-нилпропионовой кислоты VII. Эта кислота была получена ими в виде двух стереоизомерных форм, конфигурация которых вытекает из следующих превращений:

Однако в некоторых областях синтез используется не просто в качестве удобного «подручного средства», а составляет самую суть задачи. Речь идет, и первую очередь, о встречном синтезе природных соединений или соединений, впервые полученных в результате неизвестных ранее химических превращений. В таких случаях наиболее надежным и бесспорным доказательством справедливости структуры, выведенной на основании обычных методов анализа, является его химический синтез и установление идентичности полученного вещества заведомого строения с исследуемым вещестюм. Подобное утверждение сегодня может показаться устаревшим. Действительно, такие мощные современные методы структурного анализа, как спектроскопия в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях, ядерный магнитный резонанс, масс-спектрометрия высокого разрешения, казалось бы, обеспечивают возможность быстрого установления структур любой сложности. Однако нельзя забывать, что трактовка результатов, получаемых любым из этих физических методов, базируется прежде всего на аналогиях с известными соединениями и потому тем более надежна, чем ближе структура изучаемого соединения к уже изученным. В случае же необычных новых типов структур интерпретация спектров в структурных терминах может стать далеко не тривиальной задачей. Конечно, существует метод, свободный от этих ограничений, а именно рентгеноструктурный анализ (РСА). Этот метод справедливо считается абсолютным методом установления структуры, однако ему присущи ограничения другого, технического характера — он применим лишь в тех случаях, когда можно получить монокристалл исследуемого вещества, что достижимо далеко не всегда.

Однако в некоторых областях синтез используется не просто в качестве удобного «подручного средства», а составляет самую суть задачи. Речь идет, в первую очередь, о встречном синтезе природных соединений или соединений, впервые полученных в результате неизвестных ранее химических превращений. В таких случаях наиболее надежным и бесспорным доказательством справедливости структуры, выведенной на основании обычных методов анализа, является его химический синтез и установление идентичности полученного вещества заведомого строения с исследуемым веществом. Подобное утверждение сегодня может показаться устаревшим. Действительно, такие мощные современные методы структурного анализа, как спектроскопия в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях, ядерный магнитный резонанс, масс-спектрометрия высокого разрешения, казалось бы, обеспечивают возможность быстрого установления структур любой сложности. Однако нельзя забывать, что трактовка результатов, получаемых любым из этих физических методов, базируется прежде всего на аналогиях с известными соединениями и потому тем более надежна, чем ближе структура изучаемого соединения к уже изученным. В случае же необычных новых типов структур интерпретация спектров в структурных терминах может стать далеко не тривиальной задачей. Конечно, существует метод, свободный от этих ограничений, а именно рентгеноструктурный анализ (РСА). Этот метод справедливо считается абсолютным методом установления структуры, однако ему присущи ограничения другого, технического характера — он применим лишь в тех случаях, когда можно получить монокристалл исследуемого вещества, что достижимо далеко не всегда.

* Можно, впрочем, ограничиться и такими данными, но только если логика исследования, условия проведения реакции, в ходе которой происходит образование изучаемого соединения, подсказывают химику структуру вещества; иными словами, если кроме совпадения двух констант имеются еще какие-то независимые данные в пользу такой структуры.

вещества дают сложные масс-спектры. В них, однако, удается выделить наиболее характерные и наиболее интенсивные пики, отвечающие главным путям распада изучаемого соединения. Поскольку типичные пути распада многих классов органических соединений, в частности производных моносахаридов, сейчас подробно изучены, по картине масс-спектра можно составить достаточно полное представление о структуре изучаемого соединения, затратив на это минимум вещества (меньше миллиграмма, нередко лишь микрограммы) и минимум времени (на съемку спектра на хороших приборах требуются считанные минуты; иное дело, что расшифровка спектра может занять несравненно больше времени).

Константа спин-спинового взаимодействия описывает спиновую связь данного протона с другими протонами в той же молекуле. Это взаимодействие осуществляется только по цепи ковалентных связей и поэтому-быстро ослабевает с увеличением расстояния между взаимодействующими ядрами. Обычно приходится сталкиваться с КССВ протонов через две связи (в группах Н—С—Н) и через три связи (в группировках Н—С—С—Н). Величины КССВ также определяются многими структурными факторами. Главным из них является геометрия соответствующего фрагмента. Именно на этом обстоятельстве в первую очередь основано применение спектроскопии ПМР для установления конфигурации асимметрических центров в сахарах. Геометрия фрагмента Н—С—Н, даже будучи надежно установлена, дает мало интересных сведений о структуре и конфигурации изучаемого соединения. Поэтому соответствующая ей КССВ играет подчиненную роль в применении ПМР-спектров Сахаров (кроме того, таких фрагментов в углеводах всегда мало). Напротив, геометрия фрагментов Н—С—С—Н в совокупности определяет всю стереохимию типичной моносаха-ридной молекулы. Поэтому измерение соответствующих КССВ и их интерпретация играют первостепенную роль в структурном применении спектроскрпии ПМР.

Внимательный анализ рассмотренного примера~пока-зывает, что здесь спектроскопия ПМР позволяет одновременно решить вопрос и о конформации изучаемого соединения, и о конфигурации асимметрического центра. Точнее говоря, вопрос о конфигурации^ спектроскопией ПМР в данном случае не решается: она определяется лишь опосредованно, через конформацию. В самом деле, глю-козиду 346 можно, по крайней мере формально, приписать конформацию 35. В этом случае диэдральный угол фрагмента Н—С—С—Н составлял бы уже не 180°, а около 60°, ожидаемая KGGB была бы существенно иной, а выводы из спектра ПМР могли бы оказаться прямо ошибочными. Однако из общих принципов^конформацион-ного анализа мы можем заключить, что для (З-глюкозида конформация 35, если и реализуется, то в достаточно малой пропорции по сравнению с конформацией 346. Так что сделанное выше заключение остается в силе.

Надо сразу сказать, что стандартных путей к решению здесь нет. Точнее говоря, путь есть и совершенно надежный и общий; однако его применение сопряжено с весьма значительными затратами труда и времени. Он состоит в синтезе серии дейтерированных аналогов изучаемого соединения и сопоставлении спектров аналогов и ро-доначального вещества. Идея этого подхода основана на том, что дейтерий в спектрах ПМР не виден (его химический сдвиг лежит далеко за пределами шкалы химических сдвигов протонов). В результате в спектре дейтери-рованного аналога исчезает сигнал одного из протонов, а именно того, который был заменен на дейтерий. И по этому признаку можно с полной надежностью произвести отнесение такого сигнала. Имея серию дейтерированных производных, можно полностью расшифровать весь, сколь угодно сложный, спектр ПМР.

Интенсификации производства Идентификации карбоновых Интенсивное фиолетовое Интенсивное поглощение Интенсивного поглощения