有机合成设计基础理论课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,*,有机合成设计基础理论,有机合成设计基础理论有机合成设计基础理论,传统观点：有机化学只是,C，H，O，N,和,卤素,的化学；,现代有机合成：非金属元素（,硼、硅、磷、氟,），,金属元素,（过渡金属元素）,有机和无机化学,逐步接近,。,2.1 有机合成要点,2.1.1 以元素周期表为依据,羰基,是一种很活泼的基团！,2.1.2 以羰基化合物为中心,例：醛、酮分子之间的,羟醛缩合,反应,(aldolcondensation),反应历程：,有机化学中两种基本键接方式：,碳碳结合、碳与非碳原子结合,，有机合成中的思路：,2.1.3 键接方式和键的极性,如何将键拆开？,形成两个极性部分,两个极性部分作为反应物发生键接,Example:,C-N,的键接,卤代烷,胺类,C-N,键接,有机合成化学中的专用术语，例：氰醇类的,碳负离子,与,碘甲烷,作用后，水解得到,甲基酮,类。,2.1.4 对等性,R,C,OR,+,CN,CH,3,R,C,OR,CN,H,3,+,O,O,R,C,CH,3,R,C,OR,CN,C,R,O,合成子（synthon）：,指可用于有机反应中的合成单位。是与反应物（称为试剂reagent)对等的。,注意：,合成子的对等性只是指与试剂相似而不是一致，也许在反应性、极性、及立体因素等方面会有一定的差异。,一）碳的氧化态,2.1.5 氧化态,二）氮的氧化态,三）硫的氧化态,四）磷的氧化态,五）硅的氧化态,2.1.6 反应种类,有机分子是由,碳骨架,和,官能团,两部分组成；,存在,不含官能团的分子,，如烷烃，骨架重排或增减；,根据骨架和官能团是否发生变化分类。,一）骨架和官能团都无变化,OH,O,O,OH,Example:,二）骨架不变而官能团改变,Br/Fe,COOH,CH,3,KMnO,4,或CrO,3,/H,2,SO,4,COOH,Br,Example:,苯及同系物在环上发生取代基变化,三）骨架变而官能团不变,Example:,重氮甲烷与羰基的反应，,扩环反应,CH,2,N,2,-N,2,N,C,O,+,O,N,H,2,CH,2,+,O,-,O,O,O,四）骨架和官能团都变化,Example:,蓖麻酸的裂解,HO,2,C,HO,2,6,4,15,8,13,11,10,9,17,18,H,O,+,H,H,HO,2,C,2.2 有机合成路线设计基本方法,2.2.1 合成路线设计的原则与基本方法,一）逆合成法,从,目标分子,（target molecule,TM）的结构出发，逐步考虑，先考虑可以由那些,中间体,合成目标物，再考虑由那些,原料,合成中间体，最后的原料就是“,起始物,”（starting material,SM），这种方法就是“逆合成”,重点关注：,表示合成步骤时,每步用箭头，而表示逆合成法时，每步用符号,合成步骤：,SM,A,C,B,E,D,TM,逆合成步骤：,TM,E,D,C,B,A,SM,逆合成法三点要求：1）每步都有合适又合理的反应机理和合成方法；2）整个合成要做到最大可能的简单化；3）有被认可的（即市场能供应的）原料。,Example:,苯并咪唑酮,的逆合成分析,SM,NH,NH,O,TM,NH,2,NHCO,2,Et,NO,2,NHCO,2,Et,NHCO,2,Et,B,A,TM,即：,SM,B,A,硝化,还原,加热，环化,二）分子简化法,将复杂的化合物分子中与反应无密切关联的部分去除，简化后找出分子中的关键的部位。,CH,3,(CH,2,),3,CH,2,CH,3,OCH,2,CH,3,H,R,CH,2,OH,H,R,三）官能团的置换或消去法,CH,2,CO,2,CH,2,CH,3,PhSeBr,H,2,O,O,CH,2,CO,2,CH,2,CH,3,O,Michael反应,O,+,CH,2,（CO,2,CH,2,CH,3,),2,+,Br,Example 1:,Example 2:,CH,2,+,Wittig反应,O,Robinson环合,O,O,四）分子拆解法,CH,2,OH,H,R,C,C,R,+,C,1,/C,2,3,2,1,H,R,C,C,R,+,CH,2,OH,CH,2,OH,H,R,C,C,R,+,C,1,/C,2,3,2,1,H,R,C,C,R,-,CH,2,OH,+,CH,2,OH,H,R,C,C,R,+,C,2,/C,3,3,2,1,H,R,C,R,CH,2,OH,+,C,X,CH,2,OH,H,R,C,C,R,+,C,2,/C,3,3,2,1,H,R,C,R,CH,2,OH,-,C,X,+,Attention!,1)合适的拆开部位；2）键极性的方向，从而选择不同的试剂。,H,R,C,C,R,+,CH,2,=O,H,R,C,C,R,CH,2,O,-,H,+,CH,2,OH,H,R,C,C,R,H,R,C,C,R,+,CuCN,H,R,C,C,R,CN,1)水解2）还原,CH,2,OH,H,R,C,C,R,分子拆解法的几种方法：,（1）会集法,尽量将目标分子分成,两大部分,，再将次两部分各拆解成,次大部分,，从而避免将目标分子按小段逐一拆解。,TM,A-B-C-D,100%,SM,A-B,C-D,+,A,+,B,+,C,D,80%,64%,TM,A-B-C-D,A-B-C,+,D,A-B,+,C,SM,A,+,B,100%,80%,64%,51%,每步均有80%的产率，显然，左法比右法好。,（2）在,-碳的位置拆开,O,Aldol缩合,O,O,Michael加成,O,+,O,Example:,（3）在共同碳原子处拆开,共同碳原子,(,common carbon atom,)是指几个环共有的碳原子。在此处拆开可将复杂的环结构变成简单的、易合成的结构单元，尤其是环中的,桥头共用原子,（,rings bridge,),更应首先拆开。,Example:,O,Ca/Cb,d,c,b,a,O,d,c,b,a,d,c,b,a,O,O,Ce/Cg,Cf/Ch,Diels-Alder反应,O,+,g=h,f,e,h,g,f,e,（4）避免大环的合成,八元以上大环的化合物不容易获得，而这方面的化学反应也很少开发，所以拆解时应,尽量避免形成大环的合成基,。,2.2.2 合成设计实例,Example 1:,昆虫激素Brevicomin,的逆合成分析,Method 1:,O,O,1,5,C1/O,OH,O,5,1,+,C1/O,OH,HO,5,1,O,5,1,O,5,1,O,O,或,Method 2:,O,O,1,5,4,3,2,C1/O,O,HO,5,1,2,3,4,C3/C4,C5/O,O,1,2,3,+,HO,4,5,Example 2:,倍半萜(Longifolene),的逆合成分析,C1/C2,7,6,5,4,3,2,1,11,10,9,8,2,1,10,9,8,H,1,2,H,_,+,O,H,_,O,O,选择性很好的反应可以产生唯一的目标物，避免化合物分离。,2.3 有机合成反应的选择性,化学选择性,位置选择性,立体选择性,控制方法,热力学控制,动力学控制,不同的官能团有不同的化学活性。如果反应中使用的某种试剂对一个有,多种官能团的分子,起反应时，只对,其中一个官能团,作用，这种特定的选择性就是化学选择性。,2.3.1 化学选择性,Example:,O,O,OC,2,H,5,+,NaBH,4,OH,O,OC,2,H,5,O,O,OC,2,H,5,+,LiAlH,4,OH,OH,2.3.2 位置选择性,相同的官能团在,同一个分子的不同位置,发生化学反应时反应,速率,有差异，也有产物稳定性的不同。若某一,试剂,只能与分子的某一,特定位置上的官能团作用,，而不与其他位置上相同的官能团发生反应，称为位置选择性反应。,3,HO,OH,OH,17,11,+,MnO,2,OH,OH,17,11,O,Example:,一个化合物在反应中能够生成,两个空间结构不同的立体异构体,，如果此反应无立体选择性，则产物中两种异构体是等量的；有立体选择性的反应，两者不等量。量的,差别越大，反应的立体选择性越好,。,2.3.3 立体选择性,Example:,樟脑酮被LiAlH,4,还原,O,LiAlH,4,-Et,2,O,OH,H,+,H,OH,(90%),(10%),汇报结束,谢谢大家,!,请各位批评指正,