第二章有机合成设计基础理论课件

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,*,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,*,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,*,第二章有机合成设计基础理论,第二章有机合成设计基础理论第二章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,第二章有机合成设计基础理论第二章有机合成设计基础理论第二章有,1,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,传统观点：有机化学只是C，H，O，N和卤素的化学；2.1 有,2,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),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,3,反应历程：,反应历程：,4,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,有机化学中两种基本键接方式：碳碳结合、碳与非碳原,5,Example:,C-N,的键接,卤代烷,胺类,C-N,键接,Example:C-N 的键接卤代烷胺类C-N键接,6,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,有机合成化学中的专用术语，例：氰醇类的碳负离子与碘,7,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。,合成子（synthon）：指可用于有机反应中的合,8,一）碳的氧化态,2.1.5 氧化态,一）碳的氧化态2.1.5 氧化态,9,二）氮的氧化态,二）氮的氧化态,10,三）硫的氧化态,三）硫的氧化态,11,四）磷的氧化态,四）磷的氧化态,12,五）硅的氧化态,五）硅的氧化态,13,2.1.6 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。,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；,14,一）骨架和官能团都无变化,OH,O,O,OH,Example:,一）骨架和官能团都无变化OHOOOHExample:,15,二）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,二）骨架不变而官能团改变Br/FeCOOHCH3KMnO4或,16,三）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,三）骨架变而官能团不变Example:重氮甲烷与羰基的反应，,17,四）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,四）骨架和官能团都变化Example:蓖麻酸的裂解HO2CH,18,2.2 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”,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,19,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,重点关注：表示合成步骤时,每步用箭头，而表示逆合成法时，,20,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。,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,21,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,Example:苯并咪唑酮的逆合成分析SMNHNHOTMNH,22,二）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,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,23,三）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:,三）官能团的置换或消去法CH2CO2CH2CH3PhSeBr,24,Example 2:,CH,2,+,Wittig反应,O,Robinson环合,O,O,Example 2:CH2+Wittig反应ORobins,25,四）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,+,四）分子拆解法CH2OHHRCCR+C1/C2321HRCC,26,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,Attention!1)合适的拆开部位；2）键极性的方向,27,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。,分子拆解法的几种方法：（1）会集法 尽量将目标分,28,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。,TMA-B-C-D100%SMA-BC-D+A+B+CD80,29,（2）在,-碳的位置拆开,O,Aldol缩合,O,O,Michael加成,O,+,O,Example:,（2）在-碳的位置拆开OAldol缩合OOMichae,30,（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。,（3）在共同碳原子处拆开 共同碳原子(common c,31,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,Example:OCa/CbdcbaOdcbadcbaOOC,32,（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,。,（4）避免大环的合成 八元以上大环的化合物不容易获得，,33,2.2.2 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,2.2.2 合成设计实例 Example 1:昆虫激素Bre,34,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,Method 2:OO15432C1/OOHO51234C3,35,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,Example 2:倍半萜(Longifolene)的逆合成,36,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,选择性很好的反应可以产生唯一的目标物，避免化合物,37,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,不同的官能团有不同的化学活性。如果反应中使用的某,38,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,Example:OOOC2H5+NaBH4OHOOC2H5,39,2.3.2 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。,2.3.2 位置选择性 相同的官能团在同一个分子,40,3,HO,OH,OH,17,11,+,MnO,2,OH,OH,17,11,O,Example:,3HOOHOH1711+MnO2OHOH1711OExamp,41,一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,一个化合物在反应中能够生成两个空间结构,42,Example:,樟脑酮被LiAlH,4,还原,O,LiAlH,4,-Et,2,O,OH,H,+,H,OH,(90%),(10%),Example:樟脑酮被LiAlH4还原OLiAlH4-,43,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,