O’zbekiston Respublikasi Oliy va o’rta-maxsus ta’lim vazirligi Mirzo Ulug’bek nomidagi O’zbekiston Milliy Universiteti Kimyo fakulteti Kimyo yo’nalishi 3-bosqich

2.1. Nikotin kislota asosida sintezlar
Nafis organik sintez organik kimyoning ichida rivojlanib kimyoviy texnologiyaning ajralmas qismiga aylandi. Nafis organik sintez an’anaviy tarzda bo’yoqlar ishlab chiqarish, dorivor preparatlar va hushbo’y hidli moddalar ishlab chiqarishda qo’llanib kelinmoqda.
Hozirgi kunga kelib nafis organik sintezning qo’llanilish sohasi tobora kengayib bormoqda. Kinofotomateriallar va o’simliklarni zararkunandalardan himoya qilish sohalarining ehtiyojlarini qondirishda ham nafis organik sintez muhim rol o’ynamoqda. Hozirgi paytda oziq-ovqat sanoatida ham nafis organik sintez hamda ba’zi bir tabiiy tolalarni analoglarini olish uchun nafis organik sintez usullarini qo’llash imkoniyati tug’ilmoqda. Biotexnologiyaning rivojlanishi bilan nafis organik sintez genetik apparatining strukturasini xotirada saqlab qolish maqsadida qo’llanila boshladi. Shu munosabat bilan murakkab organik birikmalarni individual holatda ajratib olishning ulkan imkoniyatlari tug’ildi.
Nafis organik sintezning sanoat organik sintezidan farqi quyidagilardan iborat: sintez obyektlarining murakkabligi, maqsad qilingan modda olishning ko’p bosqichliligi, mahsulotlarni kam hajmda ishlab chiqarish, assortimentning ko’pligi va mahsulot tannarxining qimmatligi. Odatda sanoatning bu sohasi “kam tonnajli kimyo” deb ataladi.
Nafis organik sintezning metodlari oddiy moddalardan murakkab organik moddalar olish imkonini beradi. Nafis organik sintez mahsulotlarini sanoat miqyosida ishlab chiqarish uchun dastlabki xom ashyolarni eng qulay, havfsiz va tannarxi arzon bo’lganlarini izlab topish muhim ahamiyatga ega. Dastlabki moddalarni tanlab olish reaksiya mexanizmlarini bilishni, ishlatiladigan moddalarning xossalari va ularni tozalashning reaksion usullarini bilishni taqozo etadi. Odatda har bir sintez 4 qismni o’zida mujassamlantiradi.
1) Xom ashyo manbaini tanlash;
2) Sintez kimyoviy sxemasini ishlab chiqish;
3) Maqsad qilingan birikmani tozalash usulini tanlash;
4) Maqsad qilingan moddani identifikatsiya qilish.
Xom ashyo tanlash. Xomashyo manbaini to’g’ri tanlash sintezning hal qiluvchi momentlaridan biri hisoblanadi. Toshko’mir, neft va tabiiy gazni birlamchi qayta ishlash mahsulotlari xom ashyoning eng muhim manbalari bo’lib hisoblanadi. Toshko’mirni kimyoviy qayta ishlash orqali aromatik uglevodorodlar (benzol, toluol, ksilol, naftalin) va uglerodning gazsimon oksidlari olinadi. Neftni krekinglash va riforminglash orqali alifatik, asiklik, aromatik va geterotsiklik uglevodorodlar, tabiiy gazdan esa metan, etan, propan, butan, pentan, geksan, yuqori parafinlar olinadi.
Toshko’mir, neft va gazlardan birlamchi ishlov berish orqali olinadigan mahsulotlarni yana qayta ishlash natijasida spirtlar, fenollar, aldegidlar, ketonlar va kislotalar olinadi. Sintez- gazning ishlab chiqilishi xom ashyo bazasiga katta xissa qo’shdi. Sintez-gazdan metanol va yuqori uglevodorodlar (Fisher-Tropsh sintezi) olinadi. Is gazidan (CO) fosgen va chumoli kislotasi, metandan vodorod sianid, uglerod sulfid va xlorli hosilalar olinadi.
Nafis organik sintez ehtiyoji uchun ishlatladigan xom ashyoning asosiy kompinentlaridan atsetilen hisoblanadi. U kalsiy dikarbiddan, metanni termooksidlash orqali piroliz qilib va suyuq neft fraksiyalaridan uglevodorodlarni krekinglash orqali olinadi. Murakkab xom ashyolar qishloq xo’jaligi xomashyolarini, o’rmon kimyo va mikrobiologik xom ashyolarni (moylar, yog’lar, kraxmal, oqsillar va h.k) qayta ishlash orqali olinadi. Bir xil xom ashyoning topilishi va tannarxi vaqt o’tishi bilan o’zgarishi mumkin, shuning uchun yangi sintezlar o’tkazilishi rejalashtirilganda shu narsalarni hisobga olish kerak bo’ladi.
Sintez usullarini ishlab chiqish. Moddalarni olishning kimyoviy sxemasini ishlab chiqish eng murakkab jarayon hisoblanadi. Odatda bu ish maqsad qilingan birikmaning strukturasini o’zgarishdan va oddiy birikmalardan unga olib boruvchi ma’lum kimyoviy reaksiyalarni analiz qilishdan boshlanadi. Bunda prinsipial jihatdan bir-biridan farq qiladigan ikki xil holat bo’lishi mumkin. Agar maqsad qilingan moddani sintez qilish usuli ma’lum bo’lmasa asosiy vazifa ayni birikmaga eltuvchi bir yoki bir necha reaksiyalarni izlab topishdan iborat bo’ladi. Agar bir necha sintez usullari ma’lum bo’lsa, ularning eng ratsionalini tanlash asosiy vazifa hisoblanadi. Tabiiyki birinchi holda vazifa ancha murakkab bo’lib, sintez har doim ham muvafaqqiyatli bo’lavermaydi. Ana shu ikkala vazifani qanday hal qilishni nikotin kislotasini (PP vitaminini) sintezi misolida ko’rib chiqamiz.
Nikotin kislotasi piridin-3-karbon kislotasi hisoblanadi. Birinchi marta nikotin kislotasi nikotinni (tamaki alkaloidi) oksidlash orqali olingan edi.
Bunda nikotin kislotasini hosil bo’lishi yaqqol sodir bo’ladi, chunki dastlabki modda o’z molekulasida piridin halqasi va uning uchinchi holatida o’rinbosar tutadi. Xuddi shu yo’l bilan anabazin alkaloididan (Anabasis aphylla o’simligidan olinadi) ham nikotin kislotasi olingan edi. Lekin har ikkala usul hamsanoat miqyosida nikotin kislotasi olish uchun yaramaydi, chunki har ikkala alkaloid ham kuchli zahar bo’lib, ularni o’simliklardan olinadigan miqdori nihoyatda kam miqdorni tashkil etadi.
Keyinchalik piridin molekulasiga sulfoguruh va brom kirgizish orqali nikotin kislotasi olingan edi. Sulfoguruh avval sianoguruhga almashtirilib, keyingi bosqichda sianogurh gidroliz orqali karboksil guruhga aylantirilgan. 3- Brompiridindan nikotin kislotasiga o’tish esa 3-litiypiridinga o’tib, so’ngra unga CO2 va H2O ta’sir ettirish orqali amalga oshirilgan. Ikkala sintez ham ko’p bosqichli bo’lib, nikotin kislotasining unumi pasayishiga sabab bo’ladi.
Alkilpiridinlarni-3-metilpiridin (β-pikolin va 2-metil-5-etilpiridinlarni, shuningdek xinolinni oksidlash orqali nikotin kislotasi olish uni yuqori unumda olishga imkoniyat yaratdi. β-Pikolin kaliy permanganat bilan ishqorli muhitda oksidlanganda mahsulot unumi 77% ni, oksidlash qattiq sharoitlarda o’tkazilganda esa mahsulot unumini 92%ga yetkazish mumkin.
Biror moddani sanoat miqyosida ishlab chiqarish uchun dastlabki reagentlarning yetarli darajada mavjudligiga, ularning tannarxiga, hosil bo’ladigan moddalarning tarkibiga, chiqindilarni qiyinchiliksiz yo’qotish imkoniyatiga e’tibor beriladi.
Murakkab moddalarning sintezi amalga oshirilganda qiyinchiliklar oshib boradi. Asosan optik faol moddalarning sintezi nihoyatda qiyinchiliklar bilan kechadi.
Nafis organik sintez jarayonida duch keladigan kimyoviy jarayonlarni quyidagi bir necha guruhlarga birlashtirish mumkin:
1) Molekulada mavjud o’rinbosarlarning o’zgarishlari;
2) Yangi o’rinbosarlarni kirgizish;
3) O’rinbosarlarni chiqarib yuborish(eliminlash);
4) Siklizatsiya;
5) Qayta guruhlanishlar;
6) Regio- va enantioseliktiv reaksiyalarning o’tkazilishi.
Har bir guruh bo’yicha bir necha tipik jarayonlar amalga oshiriladi. Masalan, mavjud o’rinbosarlarni boshqalariga aylantirish uchun oksidlash, qaytarish va kondensatsiya reaksiyalari o’tkazilsa, yangi o’rinbosarlarni kirgizish uchun esa galogenlash, sulfolash, nitrolash, nitrozolash, alkillash va atsillash reaksiyalari o’tkazliladi.
Odatda to’yinmagan bog’lar hosil qilish uchun o’tkaziladigan eliminlash reaksiyalariga: galogenlarni, vodorodgalogenidlarni (Zaysev reaksiysi), to’rtlamchi ammoniyli asoslarning parchalanishi (Goffman reaksiyasi) kabi reaksiyalar kiradi.
Siklik sistemalarni hosil qilish uchun odatda suv, spirtlar, vodorodgalogenidlar va boshqa birikmalarni ajralib chiqishi bilan boradigan kondensatsiya reaksiyalari va to’yinmagan bog’larni ochilishi bilan boradigan reksiyalar (Dils-Alder reaksiyasi, atsetilen asosida sintezlar va b.q) qo’llaniladi.
Qayta guruhlanish reaksiyalari o’rinbosarlari ma’lum tartibda joylashgan birikmalarni olishga (Klayzen qayta guruhlanishi, pinakolin qayta guruhlanishi va b.q) molekulada uglerod atomining sonini kamaytirish (Gofman, Kursius, Lossen qayta guruhlanishlari) yoki uglerod atomlari sonini oshirishga (Arndt-Eystert reaksiyasidagi Volf qayta guruhlanishi) imkoniyat beradi. Regio- va enantioselektiv sintezlarni amalga oshirish ma’lum reaksion markazlarga ta’sir etuvchi reagentlarni va reaksiya sharoitini izlab topish yoki reaksiya mexanizmini o’zgartirish orqali amalga oshiriladi.
Kimyoviy sintez sxemasini ishlab chiqishda bir necha variantlarni ko’rib chiqish zaruriyati tug’ilganligi bois, bu ishni EHM yordamida amalga oshirish maqsadga muvofiq bo’ladi.
EHM yordamida organik moddalar sintez yo’llarini planlashtirish va izlab topish kompyuterli sintez (KS) nomini olgan. Kompyuterli sintezning birinchi programmasi 1969-yilda E. Kori va U. Uinke tomonidan taklif qilingan edi.
Keyinchalik kompyuterli sintez ancha mukammallashdi. Hozircha kompyuterli sintezning yagona terminologiyasi ishlab chiqilgan emas. Bunda asosiy vazifa dastlabki moddalardan “sintez daraxti”ni tuzishni o’zichiga oladi. Berilgan birikma yoki birikmalar yig’indisi kimyoviy sistema (KS) deb ataladi. “Sintez daraxti” grafik ko’rinishga ega bo’lib, uning tepalari dasrtlabki, oraliq va oxirgi mahsulotlarga muvofiq kelsa, uning qovurg’asi bu birikmalarning bir-biriga o’tishini ta’minladigan reaksiyalarga muvofiq keladi.
Qo’yilgan vazifani yechishning ikki xil yo’li bor:
Retrosintetik (1)-maqsad qilingan birikmadan mumkin bo’lgan dastlabki moddalarga tomon va to’g’ridan-to’g’ri (2)-dastlabki moddalardan maqsad qilingan moddalarga tomon borish orqali sintez amalga oshiriladi.
Retrosintetik yo’nalishda kimyoviy sistemaga bitta birikma kirsa, to’g’ridan-to’g’ri sintezda esa bitta yoki bir nechta birikma kiradi. Kompyuterli sintezda transformatsiyalarni tanlab olish kriteriyasi qo’yiladigan vazifadan kelib chiqqan holda turli xil strategiyalarga asoslanishi mumkin. Quyida bir necha strategiyalar keltirilgan:
1) Qo’llanish strategiyasi-kutubxonadan transformatsiyalarni izlash (KT);
2) Transformatsiyalarga qaratilgan strategiyalar (protonni biriktirish, deprotonlash);
3) Strukturaga yo’naltirilgan strategiyalar (struktur fragmentlarni aniqlash);
4) Topologik strategiyalar-dastlabki kimyoviy sistemaning soddalashuviga olib keluvchi bir yoki bir necha bog’larning uzilishi orqali transformatsiyalar;
5) Stereokimyoviy strategiyalar- hamma stereomarkazlarning ma’lum konfiguratsiyalari yaratishi;
6) Funksional guruhlarga yo’naltirilgan strategiyalar.
Shunday qilib kompyuterli sintez hozirgi davrimizda kimyoviy sintezni ishlab chiqarishning asosiy quroliga aylanib bormoqda.