Синтез как инструмент исследования

Во всех обсуждавшихся выше примерах синтез выполняет чисто препаративную функцию, т.е. поставляет нужные вещества. В принципе для решения таких задач не имеет значения, каким именно путем было получено данное вещество: его можно было выделить из природных источников или получить микробиологическим путем (хотя в большинстве случаев именно химический синтез оказывается наиболее общим и надежным способом).

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.

Другой, классический подход к установлению структуры вещества основан на его деструкции, т.е. на химической «разборке» молекулы на составные части и логической реконструкции исходной структуры на основе информации о строении этих составных частей. Этот путь, несмотря на его универсальную применимость, очень трудоемок и предполагает наличие значительных количеств анализируемого вещества. К тому же в ходе подобной деструкции почти неизбежна потеря части информации (в особенности стереохимической) относительно строения тех участков молекулы, по которым производится ее деструкция.

От всех упомянутых выше ограничений свободен встречный синтез. Если структура исследуемого вещества подтверждена его встречным синтезом, то она может считаться полностью доказанной, и этот «вердикт» не подлежит пересмотру.

Нередки ситуации, когда встречный синтез вообще оказывается единственным средством выбора между несколькими альтернативными структурами изучаемого вещества. Так бывает в тех случаях, когда вещество доступно в ничтожно малых количествах - в долях миллиграмма или даже микрограммах, - которых явно мало для использования деструктивных методов анализа и даже для применения современных спектральных методов. В то же время этих количеств вполне может хватить для идентификации вещества, т.е. установления тождественности двух его образцов, например, синтетического и природного.

В 1976-78 гг. ценой напряженного труда удалось выделить в чистом виде один из активнейших половых феромонов самки таракана Реriрlапе1а атеriсапа. Активность выделенного вещества, перипланона В, оказалась поистине удивительной - порог чувствительности особи составлял всего 10-13 г, и оно рассматривалось как перспективное средство борьбы с этим вездесущим насекомым. Однако в распоряжении исследователей имелось лишь ничтожно малое количество этого вещества (около 200 мкг перипланона В, выделенные из 75000 особей). Даже использование всего арсенала средств инструментального анализа не позволило однозначно установить его строение. С помощью этих методов удалось лишь выяснить некоторые основные особенности структуры, а именно: строение углеродного скелета, характер и распределение функциональных групп, но вопрос о стереохимии молекулы оставался открытым. Эту самую сложную часть задачи удалось решить лишь после того, как был выполнен полный синтез трех из четырех возможных диастереомеров перипланона В. Прямое сравнение синтезированных образцов с природным позволило установить, что стереохимия последнего соответствует показанной в формуле В. Минорный компонент природного феромона, перипланон А, был выделен в еще меньших количествах, и по данным первоначальных спектральных исследований ему была ошибочно приписана структура А. Истинную структуру В удалось выяснить только путем полного синтеза этого соединения. Благодаря интенсивным синтетическим исследованиям в этой области, был получен также ряд биологически активных аналогов из достаточно доступных предшественников.