有機(jī)合成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論課件

有機(jī)合成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論有機(jī)合成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論有機(jī)合成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論傳統(tǒng)觀點(diǎn)：有機(jī)化學(xué)只是C，H，O，N和鹵素的化學(xué)；現(xiàn)代有機(jī)合成：非金屬元素（硼、硅、磷、氟），金屬元素（過渡金屬元素）有機(jī)和無機(jī)化學(xué)逐步接近。2.1有機(jī)合成要點(diǎn)2.1.1以元素周期表為依據(jù)羰基是一種很活潑的基團(tuán)！2.1.2以羰基化合物為中心例：醛、酮分子之間的羥醛縮合反應(yīng)(aldolcondensation)反應(yīng)歷程：有機(jī)化學(xué)中兩種基本鍵接方式：碳碳結(jié)合、碳與非碳原子結(jié)合，有機(jī)合成中的思路：2.1.3鍵接方式和鍵的極性如何將鍵拆開？形成兩個(gè)極性部分兩個(gè)極性部分作為反應(yīng)物發(fā)生鍵接Example:C-N的鍵接鹵代烷胺類C-N鍵接有機(jī)合成化學(xué)中的專用術(shù)語，例：氰醇類的碳負(fù)離子與碘甲烷作用后，水解得到甲基酮類。2.1.4對(duì)等性RCOR′

+CNCH3

RCOR′

CNH3+OORCCH3

RCOR′

CNCRO

合成子（synthon）：指可用于有機(jī)反應(yīng)中的合成單位。是與反應(yīng)物（稱為試劑reagent)對(duì)等的。注意：合成子的對(duì)等性只是指與試劑相似而不是一致，也許在反應(yīng)性、極性、及立體因素等方面會(huì)有一定的差異。一）碳的氧化態(tài)2.1.5氧化態(tài)二）氮的氧化態(tài)三）硫的氧化態(tài)四）磷的氧化態(tài)五）硅的氧化態(tài)2.1.6反應(yīng)種類有機(jī)分子是由碳骨架和官能團(tuán)兩部分組成；存在不含官能團(tuán)的分子，如烷烴，骨架重排或增減；根據(jù)骨架和官能團(tuán)是否發(fā)生變化分類。一）骨架和官能團(tuán)都無變化OHOOOHExample:二）骨架不變而官能團(tuán)改變Br/FeCOOHCH3KMnO4或CrO3/H2SO4COOHBrExample:苯及同系物在環(huán)上發(fā)生取代基變化三）骨架變而官能團(tuán)不變Example:重氮甲烷與羰基的反應(yīng)，擴(kuò)環(huán)反應(yīng)CH2N2-N2NCO+ONH2CH2+O-ΔOOO四）骨架和官能團(tuán)都變化Example:蓖麻酸的裂解HO2CHO26415813111091718HO+HHHO2C2.2有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)基本方法2.2.1合成路線設(shè)計(jì)的原則與基本方法一）逆合成法從目標(biāo)分子（targetmolecule,TM）的結(jié)構(gòu)出發(fā)，逐步考慮，先考慮可以由那些中間體合成目標(biāo)物，再考慮由那些原料合成中間體，最后的原料就是“起始物”（startingmaterial,SM），這種方法就是“逆合成”重點(diǎn)關(guān)注：表示合成步驟時(shí),每步用箭頭→，而表示逆合成法時(shí)，每步用符號(hào)合成步驟：SMACBEDTM逆合成步驟：TMEDCBASM逆合成法三點(diǎn)要求：

1）每步都有合適又合理的反應(yīng)機(jī)理和合成方法；

2）整個(gè)合成要做到最大可能的簡(jiǎn)單化；

3）有被認(rèn)可的（即市場(chǎng)能供應(yīng)的）原料。Example:苯并咪唑酮的逆合成分析SMNHNHOTMNH2NHCO2EtNO2NHCO2EtNHCO2EtBATM即：SMBA硝化還原加熱，環(huán)化二）分子簡(jiǎn)化法將復(fù)雜的化合物分子中與反應(yīng)無密切關(guān)聯(lián)的部分去除，簡(jiǎn)化后找出分子中的關(guān)鍵的部位。CH3(CH2)3CH2CH3OCH2CH3HRCH2OHHR’三）官能團(tuán)的置換或消去法CH2CO2CH2CH3PhSeBr,H2OOCH2CO2CH2CH3OMichael反應(yīng)O+CH2（CO2CH2CH3)2+BrExample1:Example2:CH2+Wittig反應(yīng)ORobinson環(huán)合OO四）分子拆解法CH2OHHRCCR+C1/C2321HRCCR+CH2OHCH2OHHRCCR+C1/C2321HRCCR-CH2OH+CH2OHHRCCR+C2/C3321HRCRCH2OH+CXCH2OHHRCCR+C2/C3321HRCRCH2OH-CX+Attention!1)合適的拆開部位；

2）鍵極性的方向，從而選擇不同的試劑。HRCCR+CH2=OHRCCRCH2O-H+CH2OHHRCCRHRCCR+CuCNHRCCRCN1)水解

2）還原CH2OHHRCCRⅠ分子拆解法的幾種方法：（1）會(huì)集法盡量將目標(biāo)分子分成兩大部分，再將次兩部分各拆解成次大部分，從而避免將目標(biāo)分子按小段逐一拆解。TMA-B-C-D100%SMA-BC-D+A+B+CD80%64%TMA-B-C-DA-B-C+DA-B+CSMA+B100%80%64%51%每步均有80%的產(chǎn)率，顯然，左法比右法好。（2）在α-碳的位置拆開OαAldol縮合OOαMichael加成O+OExample:（3）在共同碳原子處拆開

共同碳原子(commoncarbonatom)是指幾個(gè)環(huán)共有的碳原子。在此處拆開可將復(fù)雜的環(huán)結(jié)構(gòu)變成簡(jiǎn)單的、易合成的結(jié)構(gòu)單元，尤其是環(huán)中的橋頭共用原子（ring’sbridge),更應(yīng)首先拆開。Example:OCa/CbdcbaOdcbadcbaOOCe/Cg,Cf/ChDiels-Alder反應(yīng)O+g=hfehgfe（4）避免大環(huán)的合成

八元以上大環(huán)的化合物不容易獲得，而這方面的化學(xué)反應(yīng)也很少開發(fā)，所以拆解時(shí)應(yīng)盡量避免形成大環(huán)的合成基。2.2.2合成設(shè)計(jì)實(shí)例Example1:昆蟲激素Brevicomin的逆合成分析Method1:OO15C1/OOHO51+C1/OOHHO51O51O51OO或Method2:OO15432C1/OOHO51234C3/C4,C5/OO123+HO45Example2:倍半萜(Longifolene)的逆合成分析C1/C27654321111098211098H12H_+OH_OO選擇性很好的反應(yīng)可以產(chǎn)生唯一的目標(biāo)物，避免化合物分離。2.3有機(jī)合成反應(yīng)的選擇性化學(xué)選擇性位置選擇性立體選擇性控制方法熱力學(xué)控制動(dòng)力學(xué)控制不同的官能團(tuán)有不同的化學(xué)活性。如果反應(yīng)中使用的某種試劑對(duì)一個(gè)有多種官能團(tuán)的分子起反應(yīng)時(shí)，只對(duì)其中一個(gè)官能團(tuán)作用，這種特定的選擇性就是化學(xué)選擇性。2.3.1化學(xué)選擇性Example:OOOC2H5+NaBH4OHOOC2H5OOOC2H5+LiAlH4OHOH2.3.2位置選擇性相同的官能團(tuán)在同一個(gè)分子的不同位置發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)反應(yīng)速率有差異，也有產(chǎn)物穩(wěn)定性的不同。若某一試劑只能與分子的某一特定位置上的官能團(tuán)作用，而不與其他位置上相同的官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，稱為位置選擇性反應(yīng)。3HOOHOH1711+MnO2OHOH1711OExample:一個(gè)化合物在反應(yīng)中能夠生成兩個(gè)