有机合成课件Chapter-2-有机合成与路线设计的基础知识.ppt
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- 有机合成 课件 Chapter 路线 设计 基础知识
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1、有机合成课件Chapter 2 有机合成与路线设计的基础知识2本章教学计划本章教学计划2.1 有机合成的要点有机合成的要点2.2 有机合成路线设计的基本方法有机合成路线设计的基本方法2.3 有机合成中的选择性(概念)有机合成中的选择性(概念)(每年必考内容)(每年必考内容)2.4 有机合成中的选择性的控制有机合成中的选择性的控制以周期表为依据以周期表为依据 以羰基化合物为中心以羰基化合物为中心键结(键结(bondingbonding)的方式和键的极性)的方式和键的极性 氧化态氧化态反应的种类反应的种类 .1有机合成的要点有机合成的要点.1有机合成的要点有机合成的要点l 反应的种类反应的种类:l
2、(i i)骨架和官能团都无变化骨架和官能团都无变化l .1有机合成的要点有机合成的要点l 反应的种类反应的种类:l(iiii)骨架不变,仅官能团变骨架不变,仅官能团变.1有机合成的要点有机合成的要点l 反应的种类反应的种类:l(iii)iii)骨架变化和官能团不变化骨架变化和官能团不变化.1有机合成的要点有机合成的要点l 反应的种类反应的种类:l(iviv)骨架和官能团都变化骨架和官能团都变化2.2.1 合成路线设计的原则与基本方法合成路线设计的原则与基本方法(1)逆合成法()逆合成法(Retrosynthesis)合成是指从某些原料出发,经过若干步反应,最后合成出所需的产物。最后产物就是合成
3、目合成是指从某些原料出发,经过若干步反应,最后合成出所需的产物。最后产物就是合成目标物,或叫标物,或叫“目标分子目标分子”(target molecule,TM)。进行合成路线设计时是从目标分子的结构出)。进行合成路线设计时是从目标分子的结构出发,逐步地考虑,先可由哪些中间体合成目标物,再考虑由哪些原料合成中间体。最后的原料发,逐步地考虑,先可由哪些中间体合成目标物,再考虑由哪些原料合成中间体。最后的原料就是就是“起始物起始物”(starting material,SM)。这种方法就是)。这种方法就是“逆合成逆合成”。2.22.2 有机合成路线设计的基本方法有机合成路线设计的基本方法9逆合成:
4、逆合成:合成:合成:2.22.2 有机合成路线设计的基本方法有机合成路线设计的基本方法 2.2.1 合成路线设计的原则与基本方法合成路线设计的原则与基本方法(2)分子简化法(分子简化法(Simplication)如一个分子有明显的对称性,在考虑它的合成法时就应充分利用其对称性来简化合成方法。如一个分子有明显的对称性,在考虑它的合成法时就应充分利用其对称性来简化合成方法。2.22.2 有机合成路线设计的基本方法有机合成路线设计的基本方法2.2.1 2.2.1 合成路线设计的原则与基本方法合成路线设计的原则与基本方法 (3 3)官能团的置换或消去官能团的置换或消去2.22.2 有机合成路线设计的基
5、本方法有机合成路线设计的基本方法(4(4)拆解(切断)(拆解(切断)(DisconnectionDisconnection)切断是考虑逆合成方法时的主要思路之一。同一目标物可以有几种拆解的方法,就需要加以比较,切断是考虑逆合成方法时的主要思路之一。同一目标物可以有几种拆解的方法,就需要加以比较,确定应采用何种合成方法。确定应采用何种合成方法。主要是:合适的拆开部位主要是:合适的拆开部位 键极性的方向键极性的方向(涉及试剂的选用涉及试剂的选用)(4)拆解(切断)(拆解(切断)(Disconnection)R-M TMABCDABCDABC D64%80%100%(设每步反应80%)TMABCDA
6、BCDABCABSM51%64%80%100%A BSM线性合成(Linear Synthesis)汇聚式合成(Convergent Synthesis)(并联)A+BA-BC+D C-D A-B-C-D64%A+BA-BA-B-CA-B-C-D 51%C D(串联)(i)会集法(会集法(Convergence)(4 4)拆解(拆解(DisconnectionDisconnection)(拆解的原则)拆解的原则)(ii)在在-碳的位置上拆开碳的位置上拆开(iii)在共有碳原子处拆开在共有碳原子处拆开 (V)优先断开优先断开C-杂原子键杂原子键HNOH2NONCONCOOHCOHCCN+OMic
7、hael additiona carbon-heteroatom bond is easy to make,since we used such bonds as natural places for disconnections.It is good strategy therefore to make a carbon-heteroatom bond.(IV)官能团添加官能团添加概念:反应的选择性(概念:反应的选择性(Selectivity):是指一个反应可能在底物的不同部位和方向进行,从而形成几种):是指一个反应可能在底物的不同部位和方向进行,从而形成几种产物时的选择程度。产物时的选择程
8、度。反应的专一性(反应的专一性(Specificity):是指产物与反应物、条件在机理上呈一一对应关系。):是指产物与反应物、条件在机理上呈一一对应关系。如:4n 电环化反应,加热顺旋产物,光照对旋产物2.3 有机合成中的选择性有机合成中的选择性20三种基本的选择性(概念)三种基本的选择性(概念)v化学选择性化学选择性 v区域选择性区域选择性 v立体选择性立体选择性 1.化学选择性(化学选择性(Chemoselectivity)指不使用保护或活化等策略,反应试剂对不同的官能团或处于不同化学环境的相同官能团指不使用保护或活化等策略,反应试剂对不同的官能团或处于不同化学环境的相同官能团进行选择性反
9、应,或一个官能团在同一反应体系中可能生成不同官能团产物的控制情况,这种进行选择性反应,或一个官能团在同一反应体系中可能生成不同官能团产物的控制情况,这种特定的选择性就是化学选择性。特定的选择性就是化学选择性。OOOC2H5NaBH4OOHOC2H5OOOC2H5LiAlH4OHOH2.区域选择性(区域选择性(Regioselectivity)相同官能团在同一分子的不同位置上起反应时,若试剂只能与分子的某一特定位置作用,而不相同官能团在同一分子的不同位置上起反应时,若试剂只能与分子的某一特定位置作用,而不与其他位置上相同官能团作用。与其他位置上相同官能团作用。选择性通常涉及羰基两个选择性通常涉及
10、羰基两个位、烯丙基的位、烯丙基的1,3位、双键或者环氧两侧位置上的选择性以及位、双键或者环氧两侧位置上的选择性以及,-不不饱和体系的饱和体系的1,2-和和1,4-加成选择反应等。加成选择反应等。HOHOOHOHOOHMnO23.立体选择性(立体选择性(stereoselectivity)立体选择性立体选择性(stereoselectivity):包括顺反异构、对映异构、非对映异构选择性。如果某个反应只生成某:包括顺反异构、对映异构、非对映异构选择性。如果某个反应只生成某一种异构体,而没有另一种,就叫立体专一性反应一种异构体,而没有另一种,就叫立体专一性反应(stereospecificity)
11、。OLiAlH4Et2OOHHHOH+樟脑酮exa(90%)endo(10%)24和、和:区域选择性和、和:区域选择性 和、和:立体选择性和、和:立体选择性 COOHOOIHOOIHOOHIOOHII2,CH2Cl2aq.NaHCO320 oC,79%IIIIIIIV04.71421.0SiReJournal of the American Chemical Society,109(22),6844-5;198725选择性反应的底物自身的影响选择性反应的底物自身的影响一个合成路线要对中间体进行选择性反应,一个合成路线要对中间体进行选择性反应,选择的成功与否,首先取决于这一中间体选择的成功与否,
12、首先取决于这一中间体即反应底物的结构情况。即反应底物的结构情况。26HOOCHOHOOCOHOOCHONaBH4MeMgI(i)被选择的两方面状况有质的不同被选择的两方面状况有质的不同27不是数量的意思,而是相同的活性官能团处于不是数量的意思,而是相同的活性官能团处于不同的化学环境中产生的反应性差异。不同的化学环境中产生的反应性差异。Trans:较小的立体位阻较小的立体位阻(ii)被选择的两方面在量上差别较大被选择的两方面在量上差别较大28HOOCHOH+HOOCHOOC+1:1较困难,只能采取分离的手段或改变合成的路线以避免这种情况较困难,只能采取分离的手段或改变合成的路线以避免这种情况(i
13、ii)两方面差别很小两方面差别很小29OOHOOH1.0 eq NaH1.1 eq BnBrDMF-20 oC,90%OOHOOBnOOBnOOBn 10:1+当分子存在一定的对称性时候,可以选择合适的反应条件和当分子存在一定的对称性时候,可以选择合适的反应条件和试剂量,或利用部分反应后的中间产物进一步反应的活性下试剂量,或利用部分反应后的中间产物进一步反应的活性下降,达到可以接受的单边反应效果。降,达到可以接受的单边反应效果。302.4 有机合成中的选择性的控制有机合成中的选择性的控制选择性的控制因素:当一个有机反应有可能进行两种或两种以上的反应途径时,其产物的分布可以是根据选择性的控制因素
14、:当一个有机反应有可能进行两种或两种以上的反应途径时,其产物的分布可以是根据各种产物的稳定性来确定,也可以依据反应的速率来确定。若前者是确定因素,此反应是热力学控制的;各种产物的稳定性来确定,也可以依据反应的速率来确定。若前者是确定因素,此反应是热力学控制的;若后者是确定因素,此反应是动力学控制的。若后者是确定因素,此反应是动力学控制的。如下列反应是热力学控制反应312.4 有机合成中的选择性的控制有机合成中的选择性的控制如下列反应是动力学控制反应如下列反应是动力学控制反应当反应受动力学控制时,主要影响因素是电子效应和空间效应。当反应受动力学控制时,主要影响因素是电子效应和空间效应。32选择性
15、的控制选择性的控制:试剂和反应条件的调节:试剂和反应条件的调节v在一个结构较为复杂的有机分子的合成中,常常要涉及上述三种选择性问题。涉及的中间体一般是在一个结构较为复杂的有机分子的合成中,常常要涉及上述三种选择性问题。涉及的中间体一般是多官能团,而目标化合物又都是特定构型的,因此,采取的最好办法就是使用高选择性的反应,寻多官能团,而目标化合物又都是特定构型的,因此,采取的最好办法就是使用高选择性的反应,寻找高选择性有机合成反应是当前有机合成方法学研究的重要课题。找高选择性有机合成反应是当前有机合成方法学研究的重要课题。v高选择性有机合成就是通过试剂和反应条件的调节实现反应选择性的控制。高选择性
16、有机合成就是通过试剂和反应条件的调节实现反应选择性的控制。2.4 有机合成中的选择性的控制有机合成中的选择性的控制33v烯丙基羟基在其他羟基的存在下可被选择性氧化,这些试剂有活性烯丙基羟基在其他羟基的存在下可被选择性氧化,这些试剂有活性MnO2、Ag2CO3/Celite等。等。v伯羟基和仲羟基同时存在时,二者均可选择性地被区别氧化。伯羟基和仲羟基同时存在时,二者均可选择性地被区别氧化。OHOHMnO2OHOOOHOButHOOHO2/Pt80-85%OButHOOO2.4 有机合成中的选择性的控制有机合成中的选择性的控制(i)羟基的选择性氧化羟基的选择性氧化34v利用一些特定的化学试剂也可以
17、选择性将仲羟基氧化为酮,而同时存在于一个分子内的伯羟基保持不利用一些特定的化学试剂也可以选择性将仲羟基氧化为酮,而同时存在于一个分子内的伯羟基保持不变。变。v化学性质完全一致的仲羟基在试剂用量控制的条件也能达到单边氧化目的。化学性质完全一致的仲羟基在试剂用量控制的条件也能达到单边氧化目的。OHHOPh3C+BF4-OHOCH2Cl2OHHOAg2CO3CeliteOHO35va,b不饱和酮和饱和酮由于它们的电子离域情况不同,亲核还原剂不饱和酮和饱和酮由于它们的电子离域情况不同,亲核还原剂-可选择性进攻饱和酮,而亲电性试可选择性进攻饱和酮,而亲电性试剂剂B2H6则可选择与不饱和酮反应。则可选择与
18、不饱和酮反应。OO1 eq.NaBH4OOHOOHOO1 eq B2H670%(ii)羰基的选择性反应羰基的选择性反应36v醛、酮之间也可选择性反应。在一般条件下,醛基的活性要稍高些,通常优先发生反应。但某些情况醛、酮之间也可选择性反应。在一般条件下,醛基的活性要稍高些,通常优先发生反应。但某些情况也可获得相反的选择性,即酮也可以优先反应。也可获得相反的选择性,即酮也可以优先反应。CHOOTMSCl,Ni2BDMF-Diglymert,95%CH2OHOCOOMeOCHONaBH4,CeCl3EtOH,H2OCOOMeOHCHO37(iii)双键顺反式的选择性控制双键顺反式的选择性控制v通过炔
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