第八章合成设计原理案例

第八章合成设计原理 在多步骤有机合成中 由于合成对象或所谓目标分子的复杂性 需事先拟定合成的路线 这一工作称为合成设计 合成设计犹如作战队战略计刘的制定 其重要性是毋庸置疑的 著名有机化学家伍德沃德 woodward 曾经说过 天然物质的合成 也许较之有机化学中其它任何领域的活动更可以作为科学情况和科学力量的衡量 因为合成的对象很少是随意选择的 只凭勤勒垦垦或灵机一动的观察工作是不行的 合成必须按计划来进行 学习内容和方法 内容 1 对重要的基础有机反应要能够熟练运用 新化合物的合成 比葫芦画瓢 逆合成分析 跟踪文献 尽可能将最新的试剂 反应和方法应用于自己的研究工作中 3 学习别人的思路 创造性地借鉴和运用 方法 1 1902年 德国化学家Willstatter 1915年获Noble化学奖 21steps overallyield0 7 例 颠茄酮的合成 1 pH 5 Mannich反应 90 2 1917年 英国化学家Robinson 1947年获Noble化学奖 目标分子的结构剖析 骨架分析是结构剖析的核心 结构考察包括对目标分子的分子大小 官能团种类 骨架构造 立体化学特征等方面进行分析 官能团的分析 目标物的合成中要解决以下几个主要问题 1 如何构建目标化合物的碳架结构 2 如何引入目标化合物中的官能团 3 如何达到选择性的合成 官能团的引入和转化 碳 碳键的形成 保护和去保护 对于多官能团等复杂化合物的合成 为了避免不必要的副反应的发生 需要先保护某些官能团 之后去保护 官能团的引入和转化 碳 碳键的形成 官能团的除去 取代芳烃 SO3H N2 羰基 还原亚甲基 A Kishner Wolff 黄呜龙反应 NH2NH2 EtOH KOH 180 B Clemmensen还原法 Zn Hg 浓HCl 羟基 脱水 加氢 官能团的引入 8 1合成设计逻辑学 8 1 1常用术语 靶分子 合成的目标产物 逆合成法 从靶分子的结构出发 逐步考虑由哪些中间体合成靶分子 再考虑由哪些原料合成中间体 原料 中间体1 中间体2 目标产物 合成子 Synthon 通过切断而产生的一种想象中的碎片 通常是离子或自由基 也可能是反应的中间体 官能团互换 宫能团添加 分子切断法所遵循的原则 一 在靠近分子中部切断 二 切断要合乎反应机理例 三 能推导出简便易得的起始原料 四 合成反应步骤少条件温和 五 产率高副反应少 例 如何切断 请考虑 用威廉森合成法 由 有两种切法 1 2 由于易产生消去 副产烯 相对稳定一些 故1是较合理的 8 1 2合成路线的评价 产率高 污染少 原料易得 价格便宜是评价合成路线的基本标准 效率和安全 1 反应条件温和 操作简便 产率高 2 具有高的化学 位置和立体选择性 3 适应性强 适用面广 实用性好 4 原料价廉易得 有丰富的来源 5 不产生公害 不污染环境 温和的条件就是常温 常压 中性介质中就能进行的条件 新理念 原子经济效益 1 反应步数和总收率 总收率高 要求路线短 线性合成 总收率3 会聚式合成 总收率12 会聚程度越高 效率越高 在分步合成中 要合成步骤少 每步收率高 尽可能使用会聚式合成 而不用连续逐步反应 尽可能采用半合成路线 从最基本的有机化工原料开始进行合成称全合成 从现有的产品来合成称半合成 2 选择设备要求低 条件温和的路线 浓 混酸 混酸 水解 水解 8 2逆合成分析法 回推过程中能够将复杂的分子结构逐步简化 要求 每步都有合理又合适的反应机理和合成方法 有被认可 市场供应 的原料 整个合成要做到最大的简化 多种合成路线要选定最好的合成路线 在合成中完善所设计的各步反应条件 操作 选择性 8 2 1合成子及其半反应组合 a合成子 受电子合成子 d合成子 给电子合成子 e合成子 中性分子 r合成子 自由基合成子 分子结构 X O N S等 合成子 d合成子 给电子合成子 a合成子 受电子合成子 8 2 2单官能团和双官能团化合物的变换 1 单官能团化合物 2 1 2 双官能团化合物 1 2 二醇 羟基酮 羟基酸 例 合成 1 羟基羰基化合物及 不饱和羰基化合物通式 1 2 3 4 3 1 3 双官能团化合物 例 1 3 二羰基化合物 一 酯酯缩合成的1 3 二羰基化合物 OEt与 H缩合 试设计 二 酯 酮缩合形成的1 3 二羰化合物 试设计合成路线 4 1 4 双官能团 5 1 5 双官能团迈克尔加成缩合反应 6 1 6 双官能团 例 合成 合成 形成碳环的反应1 小环的合成 分子内的烷基化 X 卤代物或磺酸盐离子 Y CN COR COOR 卡宾对烯的加成 2 2 环加成 2 普通环 五 六元环 付 克酰基化 狄克曼反应 分子内酯缩合 分子内羟酸缩合 Diels Alder反应 双烯合成 麦克尔反应 Michael反应 3 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯可合成任意环4 大环 联姻缩合 二酯在金属Na条件下进行分子内缩合 例1 合成 例2 由合成 例3 由合成 例4 合成 例5 以乙酰乙酸乙酯为原料合成 例6 由丙二醇合成 例7 合成 例8以丙二酸为原料合成环庚基甲酸 例9以乙酰乙酸乙酯为原料合成 例10合成 例1 合成 例2 由合成 例3 由合成 例4 合成 例5 以乙酰乙酸乙酯为原料合成 羟醛缩合 例6 由丙二醇合成 例7 合成 例8以丙二酸为原料合成环庚基甲酸 例9以乙酰乙酸乙酯为原料合成 例10合成 西替利嗪合成路线图解 罗非可昔合成路线图解 盐酸阿普洛尔用于治疗心绞痛 冠状脉硬化 高血压等 其结构为 请以 和 为原料合成盐酸阿普洛尔 其它原料自定 第一章卤化反应习题 习题 写出上式反应机理 MeOH 180 C 第二章烃化反应习题 P76 P89 P75 P57 完成下列反应 第三章酰化反应习题 写出适当的反应试剂和催化剂 Ac2O Py Ac2O H2SO4 P141 P153 P128 P152 P149 P118 P141 Tollens缩合P184 Claisen SchimidtP180 Claisen SchimidtP180 DiekmannP158 Kneoevenagel反应P213 第四章缩合反应习题 Perkin反应P217 Mannich反应P194 Perkin反应P217 Aldol缩合P178 Micheal加成P202 Reformatsky反应P188 Darzens反应P220 酯缩合反应P157 酯缩合反应P157 完成下列反应 Mannich反应P194 wittig反应P207 写出下列反应的主要反应条件 Hoesch反应P150 P198 以 为原料合成 完成下列反应 并注明反应名称 人有了知识 就会具备各种分析能力