Kurz je zaměřen na chemii heterocyklických sloučenin. Při výuce budou podrobně diskutovány vztahy mezi strukturou, reaktivitou a stereochemií.
Velký důraz bude kladen na znalosti organické chemie, respektive syntézy a taktiky a strategie chránění funkčních skupin.
Zatímco u malých nasycených heterocyklických kruhů budou na cvičení podrobně probírány stereochemické aspekty otevírání těchto kruhů, tak u středních heterocyklů bude naopak důraz kladen na moderní transformace těchto systémů (např. palladiem katalyzované transformace).
Všechny diskutované reakce přednášející použil při svém výzkumu a tak kromě teorie budou diskutovány i tipy a triky praktické organické chemie.
Při cvičení budou opakovány mechanismy organických reakcí jakou jsou fragmentace, nukleofilní aromatické substituce, cykloadice atd. a také fyzikálně-chemické vlastnosti funkčních skupin (např. hodnoty pKa).
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (26.08.2022)
The course is focused on the chemistry of heterocyclic compounds. During the lesson, the relationships between structure, reactivity and stereochemistry will be discussed in detail.
Great emphasis will be placed on knowledge of organic chemistry, namely synthesis and tactics and strategies of functional groups protection.
While in small saturated heterocyclic circles, the exercise will discuss in detail the stereochemical aspects of opening these circles, in mid-size heterocycles, the emphasis will be placed on modern transformations of these systems (e.g. palladium-catalyzed transformations).
All the reactions discussed by the lecturer were used in his research and therefore, in addition to theory, the tips and tricks of practical organic chemistry will be discussed as well.
During the exercise, mechanisms of organic reactions such as fragmentation, nucleophilic aromatic substitutions, cycloadding, etc. will be repeated as well as physico-chemical properties of functional groups (e.g. pKa values).
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (10.02.2023)
Literatura
Eicher, T., Hauptmann S.: The chemistry of Heterocycles. Thieme
Kurti, L., Czako B.: Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis. Elsevier
Tietze L. et al.: Reactions and Synthesis. Wiley-VCH
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (25.08.2022)
Požadavky ke zkoušce -
Pro úspěšné splnění předmětu je nutné splnit písemnou i ústní část zkoušky. Při zisku nadpolovičního počtu bodů z písemné části následuje ústní zkouška (rozbor výsledku písemky a dopňující otázky).
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (26.08.2022)
In order to successfully complete the course, it is necessary to complete both the written and oral parts of the exam. If you obtain more than half the number of points from the written part, the oral exam follows (analysis of the test result and supplementary questions).
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (10.02.2023)
Sylabus -
Obsah předmětu:
1. Syntéza heterocyklických systémů - 3 a 4 členné heterocykly a jejich transformace. Vybrané syntézy Tamiflu. Chemie oxaziridinu, diazirenu, dioxetanu. Reakce vedoucí k azetidin-2-onu. Ukázka použití epoxidů při syntéze sekundárních metabolitů hmyzu.
2. Syntéza heterocyklických systémů - 5 členné nasycené heterocykly. Méně známé reakce tetrahydrofuranu, thiolanu a pyrrolidinu. Chemie dioxolanu, dihydrooxazolu a samozřejmě azlaktonu.
3. Chemie heterocyklických systémů - 5 členné heterocykly. Cykloadice furanu, elektrofilní aromatické substituce na furanu, pyrrolu a thiofenu atd. Jejich deprotonace a přechodným kovem katalyzované kaplingy. Klasické jmenné reakce.
4. Chemie benzofuranu, benzothiofenu, benzoselenofenu, indolu a analogických kondenzovaných systémů.
5. Chemie oxazolu, benzoxazolu, thiazolu, imidazolu a benzimidazolu.
6. Syntéza heterocyklických systémů - 6 členné heterocykly obsahující dusík. Pyridin a jeho mimořádně bohatá chemie (Zinkeho reakce atd.). Příprava chinolinu a isochinolinu.
7. Chemie pyrimidinu, chinazolinu, příprava BODIPY a porfinu.
8. Chemie flavonoidů.
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (26.08.2022)
Content of the subject:
1. Synthesis of heterocyclic systems - 3- and 4-membered heterocycles and their transformations. Selected syntheses of Tamiflu. Chemistry of oxaziridine, diazirene, dioxetane. Reactions leading to azetidine-2-one. Example of the use of epoxides in the synthesis of secondary insect metabolites.
2. Synthesis of heterocyclic systems - 5-membered saturated heterocycles. Less known reactions of tetrahydrofuran, thiolane and pyrrolidine. Chemistry of dioxolan, dihydrooxazole and, of course, azlactone.
3. Chemistry of heterocyclic systems - 5-membered heterocycles. Cycloadditions of furan, electrophilic aromatic substitutions on furan, pyrrole and thiofen, etc. Their deprotonation and transition metal catalysed couplings. Classical name reactions.
4. Chemistry of benzofuran, benzothiofen, benzoselenofen, indole and analogous condensed systems (annelated systems).
5. Chemistry of oxazole, benzoxazole, thiazole, imidazole and benzimidazole.
6. Synthesis of heterocyclic systems - 6-membered heterocycles containing nitrogen. Pyridine and its extremely rich chemistry (Zinke reaction, etc.). Preparation of quinoline and isoquinoline.
7. Chemistry of pyrimidine, quinazoline, preparation of BODIPA and porfin.
8. Chemistry of flavonoids.
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (10.02.2023)
Výsledky učení -
Po absolvování předmětu student: Popíše vlastnosti a chemické chování základních tříčlenných heterocyklů s jedním, případně dvěma heteroatomy.
Popíše vlastnosti a chemické chování základních čtyřčlenných heterocyklů s jedním heteroatomem.
Popíše vlastnosti a chemické chování základních pětičlenných heterocyklů s jedním, případně dvěma heteroatomy.
Popíše vlastnosti a chemické chování základních šestičlenných heterocyklů s jedním, případně dvěma heteroatomy.
Popíše vlastnosti a chemické chování základních benzoanelovaných pětičlenných heterocyklů s jedním heteroatomem.
Užívá klasická retrosyntetické pravidla založená na rozpojování vazeb uhlík-heteroatom k nalezení vhodných syntonů pro přípravu diskutovaného heterocyklu.
Zhodnotí snadnost či syntetickou nemožnost opracování základních pěti a šestičlenných heterocyklů v konkrétní, diskutované poloze.
Provede návrh syntézy diskutovaného heterocyklu dle klasického postupu (jmenné reakce).
Předpoví možné, avšak nežádoucí bočné reakce při přípravě diskutovaného heterocyklu.
Vysvětlí pozorovanou selektivitu chemických reakcí na heterocyklech z pohledu elektronové distribuce (viz rezonanční struktury).
Rozpozná úzká místa v navržených vícekrokových syntézách s přihlédnutím na reaktivitu a stabilitu intermediátů.
Spočítá a vhodně aplikuje znalosti o oxidačních číslech atomů, které vstupují do chemických přeměn.
Objasní, ke kterým základních chemickým přeměnám dochází u konkrétních reakcí (oxidace/redukce, eliminace, substituce, pericyklická reakce a podobně).
Znatelně lépe dokáže kreslit chemické vzorce a chemické transformace složitých dějů.
Osvojí si základní pravidla zápisu chemických přeměn a psaní reakčních šipek.
Dokáže aplikovat znalosti hodnot pKa pro pochopení chemických přeměn.
Navrhne podmínky pro další modifikaci heterocyklů pomocí palladium katalyzovaných reakcí.
Rozpozná základní přesmyky a jejich zákonitosti používané v chemii heterocyklů.
Popíše základní fotochemické reakce pro tvorbu čtyřčlenných kruhů.
Bez potíží nakreslí složité heterocykly jako například BODIPY či porfin.
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (15.08.2024)
After completing the course, the student: Describes the properties and chemical behavior of basic three-membered heterocycles with one or two heteroatoms. Describes the properties and chemical behavior of basic four-membered heterocycles with one heteroatom. Describes the properties and chemical behavior of basic five-membered heterocycles with one or two heteroatoms, respectively. Describes the properties and chemical behavior of basic six-membered heterocycles with one or two heteroatoms, respectively. Describes the properties and chemical behavior of basic benzoanelated five-membered heterocycles with one heteroatom. Uses classical retrosynthetic rules based on the dissociation of carbon-heteroatom bonds to find suitable synthetics for the preparation of the discussed heterocycle. Evaluates the ease or synthetic impossibility of working the basic five- and six-membered heterocycles in the specific, discussed position. Executes the proposed synthesis of the discussed heterocycle according to the classical procedure (name reactions). Predicts possible, but undesirable side reactions in the preparation of the heterocycle under discussion. Predicts the chemical stability of the heterocycle under discussion. Explains the observed selectivity of chemical reactions on heterocycles from the perspective of electron distribution (see resonance structures). Recognizes the bottlenecks in the proposed multi-step syntheses taking into account the reactivity and stability of the intermediates. Calculates and appropriately applies the knowledge of the oxidation states of atoms that undergo chemical transformations. Explains which basic chemical transformations occur in specific reactions (oxidation/reduction, elimination, substitution, etc). Is noticeably better able to draw chemical formulas and chemical transformations of complex processes. Acquires the basic rules of writing chemical transformations and writing reaction arrows. Can apply the knowledge of pKa values to understand chemical transformations. Easily proposes conditions for further modification of heterocycles by palladium catalyzed reactions. Recognize the fundamental rearrangements and their patterns used in the chemistry of heterocycles. Describe the basic photochemical reactions for the formation of four-membered circles. Draw complex heterocycles like BODIPY or porfin without difficulty.
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (15.08.2024)
Vstupní požadavky -
Předmět se opírá o dobré znalosti organické chemie a syntézy. Znalosti kovem katalyzovaných reakcí jsou vítány, nicméně nejsou nutností. Předmět zapadá do profilu budoucího absolventa oboru Organická chemie/Medicinální chemie.
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (26.08.2022)
The course follows a course in organic chemistry and ideally in organic synthesis. Knowledge of metal-catalyzed reactions is welcome, but is not a necessity. The course fits the profile of a future graduate of Organic Chemistry/Medicinal Chemistry.
Poslední úprava: Machara Aleš, Ing., Ph.D. (10.02.2023)
