التحليل التركيبي العكسي

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

التحليل التراجعي هو أسلوب لحل المشكلات في تخطيط عمليات التخليق العضوي . ويتحقق ذلك بتحويل الجزيء المستهدف إلى هياكل أولية أبسط، بغض النظر عن أي تفاعل محتمل مع الكواشف. تُفحص كل مادة أولية باستخدام الطريقة نفسها، وتُكرر هذه العملية حتى الوصول إلى هياكل بسيطة أو متوفرة تجاريًا. يمكن استخدام هذه المركبات الأبسط أو المتوفرة تجاريًا لتكوين الجزيء المستهدف. استُخدم التحليل التراجعي في وقت مبكر من عام 1917 في التخليق الكلي للتروبينون لروبنسون . [ 1 ] نُشر عمل مفاهيمي هام حول التحليل التراجعي بواسطة جورج فلادوتز في عام 1963. [ 2 ] [ 3 ] قام إي جيه كوري بصياغة المفهوم ونشره على نطاق واسع بدءًا من عام 1967 في مقالته " الأساليب العامة لبناء الجزيئات المعقدة" وكتابه "منطق التخليق الكيميائي" . [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

تتجلى قوة التحليل التراجعي في تصميم عملية التخليق. يهدف هذا التحليل إلى تبسيط البنية. غالبًا ما تتضمن عملية التخليق أكثر من مسار تخليقي ممكن. يُعد التحليل التراجعي أداةً مثاليةً لاكتشاف هذه المسارات ومقارنتها بطريقة منطقية ومباشرة. [ 8 ] يمكن الرجوع إلى قاعدة بيانات في كل مرحلة من مراحل التحليل لتحديد ما إذا كان أحد المكونات موجودًا بالفعل في المراجع العلمية. في هذه الحالة، لا حاجة لمزيد من البحث حول هذا المركب. أما إذا كان موجودًا، فيمكن اعتباره نقطة انطلاق لخطوات لاحقة تُطوَّر للوصول إلى عملية التخليق.

توجد مجموعات أكاديمية وتجارية تعمل على تطوير أدوات التحليل التراجعي. ومع تزايد استخدام التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي في الكيمياء، بدأت العديد من المجموعات البحثية، مثل مجموعة كولي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وشركات مثل Chemical.AI وReaxys، في دمج التعلم العميق في المناهج التقليدية القائمة على القواعد.

التعريفات

انقطاع الاتصال
خطوة التخليق العكسي التي تتضمن كسر رابطة لتكوين اثنين (أو أكثر) من الوحدات البنائية .
ريترون
بنية جزيئية فرعية بسيطة تُمكّن من إجراء تحولات معينة.
شجرة التركيب العكسي
رسم بياني موجه غير دوري لعدة (أو جميع) عمليات التخليق العكسي الممكنة لهدف واحد.
سينثون
جزء من مركب يساعد في تكوين عملية تركيبية، مشتق من الجزيء المستهدف. يظهر أدناه المركب التركيبي (synthon) والمكافئ التركيبي المتاح تجاريًا:
هدف
المركب النهائي المطلوب.
تحويل
عكس التفاعل التركيبي؛ تكوين المواد الأولية من منتج واحد.

مثال

يوضح الشكل أدناه تحليلًا رجعيًا لحمض فينيل أسيتيك :

التحليل التخليقي العكسي لحمض فينيل أسيتيك
التحليل التخليقي العكسي لحمض فينيل أسيتيك

أثناء تخطيط عملية التخليق، تم تحديد وحدتين بنائيتين: مجموعة كربوكسيل محبة للنواة (-COOH) ومجموعة فينيل سيكلوهكسان ( PhCH₂ ) محبة للإلكترونات . لا توجد كلتا الوحدتين البنائيتين كما هو مكتوب؛ لذا يتم تفاعل مكافئاتهما التركيبية لإنتاج الناتج المطلوب. في هذه الحالة، يُعد أيون السيانيد المكافئ التركيبي لمجموعة الكربوكسيل (-COOH)، بينما يُعد بروميد البنزيل المكافئ التركيبي لمجموعة البنزيل.

وبالتالي، فإن عملية تخليق حمض فينيل أسيتيك التي تم تحديدها بواسطة التحليل التخليقي العكسي هي:

PhCH 2 بر + NaCN → PhCH 2 CN + NaBr
PhCH₂CN + 2H₂O → PhCH₂COOH + NH₃​

في الواقع، تم تصنيع حمض فينيل أسيتيك من سيانيد البنزيل ، [ 9 ] الذي تم تحضيره بدوره عن طريق التفاعل المماثل لبروميد البنزيل مع سيانيد الصوديوم . [ 10 ]

الاستراتيجيات

استراتيجيات المجموعات الوظيفية

يمكن أن يؤدي التلاعب بالمجموعات الوظيفية إلى انخفاضات كبيرة في التعقيد الجزيئي.

استراتيجيات الكيمياء الفراغية

تتطلب العديد من الأهداف الكيميائية متطلبات فراغية مميزة . ويمكن للتحولات الفراغية (مثل إعادة ترتيب كلايسن وتفاعل ميتسونوبو ) إزالة أو نقل الكيرالية المطلوبة، مما يبسط الهدف.

استراتيجيات الهيكلة والهدف

إن توجيه عملية التخليق نحو وسيط مرغوب فيه يمكن أن يضيّق نطاق التحليل بشكل كبير. وهذا يسمح باستخدام تقنيات البحث ثنائية الاتجاه.

استراتيجيات قائمة على التحول

يمكن أن يؤدي تطبيق التحويلات على التحليل التخليقي العكسي إلى تبسيط كبير في تعقيد الجزيئات. مع ذلك، نادراً ما توجد هذه التحويلات القوية في الجزيئات المعقدة، وغالباً ما تتطلب عملية إثبات وجودها خطوات تخليقية إضافية.

الاستراتيجيات الطوبولوجية

قد يؤدي تحديد واحد أو أكثر من حالات انقطاع الروابط الرئيسية إلى تحديد الهياكل الفرعية الرئيسية أو تحولات إعادة الترتيب التي يصعب تحديدها من أجل تحديد الهياكل الرئيسية.

  • يُشجع على إجراء عمليات فصل تحافظ على بنية الحلقات.
  • يُنصح بتجنب عمليات الفصل التي تُنشئ حلقات أكبر من 7 أعضاء.
  • الانفصال ينطوي على الإبداع.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ روبنسون، ر. (1917). "63. تخليق التروبينون" . مجلة الجمعية الكيميائية، المعاملات . 111 : 762-768 . doi : 10.1039/CT9171100762 .
  2. ↑ أوجي، إيفار؛ باور، يوهانس؛ بلي، كليمنس؛ دينجلر، ألف؛ ديتز، أندرياس؛ فونتين، إريك؛ غروبر، برنارد؛ هيرجيس، راينر؛ كناور، مايكل؛ ريتسام، كلاوس؛ شتاين، ناتالي (1993). "الحل بمساعدة الحاسوب للمسائل الكيميائية - التطور التاريخي والوضع الراهن لتخصص جديد في الكيمياء" . Angewandte Chemie International Edition in English . 32 (2): 201–227 . doi : 10.1002/anie.199302011 .
  3. ↑ فليدوتس، ج. إ. (1963). "حول نظام تصنيف وترميز التفاعلات العضوية" . تخزين المعلومات واسترجاعها . 1 ( 2-3 ): 117-146 . doi : 10.1016/0020-0271(63)90013-5 .
  4. ↑ كوري، إي جيه (1967). "طرق عامة لبناء الجزيئات المعقدة" . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 14 : 19-38 . doi : 10.1351/pac196714010019 .
  5. ↑ إي جيه كوري، إكس إم تشينغ (1995). منطق التخليق الكيميائي . نيويورك: وايلي. ISBN 978-0-471-11594-6.
  6. ↑ إي جيه كوري (1988). "التفكير التركيبي العكسي - الأساسيات والأمثلة". مجلة الجمعية الكيميائية 17 : 111-133 . doi : 10.1039/CS9881700111 .
  7. ↑ إي جيه كوري (1991). "منطق التخليق الكيميائي: التخليق متعدد الخطوات للجزيئات الكربونية المعقدة (محاضرة نوبل)" (إعادة طبع) . Angewandte Chemie International Edition باللغة الإنجليزية . 30 (5): 455–465 . doi : 10.1002/anie.199104553 .
  8. ↑ جيمس لو وآخرون: "مصمم المسار: أداة تحليل التخليق العكسي باستخدام توليد قواعد التخليق العكسي الآلي"، مجلة المعلومات الكيميائية والنمذجة (ACS JCIM)، تاريخ النشر (على الإنترنت): 6 فبراير 2009؛ doi : 10.1021/ci800228y ، http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ci800228y
  9. ↑ فيلهلم فينر (1963). "فينيل أسيتاميد" . التخليق العضويالمجلدات المجمعة ، المجلد 4، صفحة 760  .
  10. ↑ روجر آدامز؛ أ. ف. ثال (1941). "سيانيد البنزيل" . التخليق العضويالمجلدات المجمعة ، المجلد 1، صفحة 107  .