有機(jī)合成控制方法與策略課件

第六章有機(jī)合成控制方法與策略合成復(fù)雜分子時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到在底物分子的特定位置上進(jìn)行特定的反應(yīng)的問(wèn)題，即控制問(wèn)題。因此，常采用下述三種策略：選擇性反應(yīng)的利用導(dǎo)向基(活化基、鈍化基、阻斷基和保護(hù)基)的應(yīng)用潛在官能團(tuán)及應(yīng)用第六章有機(jī)合成控制方法與策略合成復(fù)1選擇性合成反應(yīng)的利用化學(xué)選擇性(Chemoselectivity)---不同官能團(tuán)的選擇性---處于不同化學(xué)環(huán)境下的相同官能團(tuán)的選擇性---處于相同化學(xué)環(huán)境下的相同官能團(tuán)的選擇性選擇性合成反應(yīng)的利用化學(xué)選擇性(Chemoselectivi2不同官能團(tuán)的選擇性不同官能團(tuán)的選擇性3有機(jī)合成控制方法與策略4有機(jī)合成控制方法與策略5化學(xué)環(huán)境不同的相同官能團(tuán)的選擇性化學(xué)環(huán)境不同的相同官能團(tuán)的選擇性6有機(jī)合成控制方法與策略7化學(xué)環(huán)境相當(dāng)?shù)南嗤倌軋F(tuán)的選擇性化學(xué)環(huán)境相當(dāng)?shù)南嗤倌軋F(tuán)的選擇性8有機(jī)合成控制方法與策略9選擇性合成反應(yīng)的利用區(qū)域選擇性(regioselectivity)---酮的區(qū)域選擇性反應(yīng)---Diels-Alder反應(yīng)的區(qū)域選擇性---不飽和羰基化合物的區(qū)域選擇性---環(huán)氧化合物的區(qū)域選擇性開(kāi)環(huán)---芳環(huán)的區(qū)域選擇性親電取代選擇性合成反應(yīng)的利用區(qū)域選擇性(regioselectivi10區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性是指試劑對(duì)底物分子內(nèi)兩種不同部位(site)的進(jìn)攻，從而產(chǎn)生不同產(chǎn)物的選擇情況。例如，羰基的兩個(gè)a-位，烯丙基的1,3-位，不對(duì)稱環(huán)氧乙烷的兩側(cè)，a,b-不飽和羰基化合物的1,2-和1,4-加成反應(yīng)等。區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性是指試劑對(duì)底物分子內(nèi)兩種不同11酮的區(qū)域選擇性反應(yīng)酮的區(qū)域選擇性反應(yīng)12有機(jī)合成控制方法與策略13Diels-Alder反應(yīng)的區(qū)域選擇性Diels-Alder反應(yīng)的區(qū)域選擇性14不飽和羰基化合物的區(qū)域選擇性a,b-不飽和醛和酰氯傾向于1,2-加成，而酮和羧酸酯多數(shù)傾向于共軛加成。強(qiáng)堿性試劑傾向于1,2-加成，如RLi,而弱堿性試劑如烷基銅鋰傾向于共軛加成。不飽和羰基化合物的區(qū)域選擇性a,b-不飽和醛和酰氯傾向于115a,b-不飽和酮的雙鍵也可以選擇性地還原。a,b-不飽和酮的雙鍵也可以選擇性地還原。16環(huán)氧化合物的區(qū)域選擇性開(kāi)環(huán)環(huán)氧化合物的區(qū)域選擇性開(kāi)環(huán)17芳環(huán)的區(qū)域選擇性親電取代芳環(huán)的區(qū)域選擇性親電取代18選擇性合成反應(yīng)的利用立體選擇性與專一性(stereoselectivityandstereospecificity)---烯鍵的立體選擇性反應(yīng)---炔鍵的立體選擇性加成---Diels-Alder反應(yīng)的立體選擇性---[2+2]環(huán)加成反應(yīng)的立體選擇性選擇性合成反應(yīng)的利用立體選擇性與專一性19烯鍵的立體選擇性反應(yīng)烯鍵的立體選擇性反應(yīng)20炔鍵的立體選擇性加成炔鍵的立體選擇性加成21Diels-Alder反應(yīng)的立體選擇性Diels-Alder反應(yīng)的立體選擇性22[2+2]環(huán)加成反應(yīng)的立體選擇性[2+2]環(huán)加成反應(yīng)的立體選擇性23有機(jī)合成中導(dǎo)向基的應(yīng)用導(dǎo)向基是指在反應(yīng)前引入某種控制基團(tuán)，來(lái)促使原先無(wú)法進(jìn)行選擇性反應(yīng)的官能團(tuán)進(jìn)行選擇性反應(yīng)，待反應(yīng)完成后再加以除去的基團(tuán)。由于導(dǎo)向基的使用存在引入和除去兩個(gè)步驟，這會(huì)使合成路線增長(zhǎng)。因此，這種方法不得已才采用。有機(jī)合成中導(dǎo)向基的應(yīng)用導(dǎo)向基是指在反應(yīng)前引入某種控制基團(tuán)，來(lái)24活化導(dǎo)向基的應(yīng)用活化導(dǎo)向基的應(yīng)用25鈍化導(dǎo)向基的應(yīng)用鈍化導(dǎo)向基的應(yīng)用26阻斷基的應(yīng)用阻斷基的應(yīng)用27保護(hù)基的應(yīng)用保護(hù)基的應(yīng)用28潛在官能團(tuán)及應(yīng)用潛在(latent)官能團(tuán)是指本身反應(yīng)活性低、但可以按適當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)官能團(tuán)(goal)的基團(tuán)。使用潛在官能團(tuán)可以避開(kāi)導(dǎo)向基的使用。潛在官能團(tuán)應(yīng)具備下列條件：---原料易得---反應(yīng)性低，對(duì)盡可能多的試劑保持穩(wěn)定---能在文和條件下，經(jīng)選擇性或?qū)Ｒ恍苑磻?yīng)展示為目標(biāo)基團(tuán)---可作為一個(gè)以上目標(biāo)官能團(tuán)的潛在著潛在官能團(tuán)及應(yīng)用潛在(latent)官能團(tuán)是指本身反應(yīng)活性低29烯烴作為潛在官能團(tuán)烯烴作為潛在官能團(tuán)30開(kāi)鏈烯烴經(jīng)氧化后會(huì)產(chǎn)生兩分子羰基化合物，常會(huì)引起分離困難，所以末端烯烴和環(huán)烯烴作為潛在官能團(tuán)有更多的應(yīng)用。開(kāi)鏈烯烴經(jīng)氧化后會(huì)產(chǎn)生兩分子羰基化合物，31環(huán)烯烴作為潛在官能團(tuán)環(huán)烯烴作為潛在官能團(tuán)32羰基作為潛在官能團(tuán)羰基作為潛在官能團(tuán)33雜環(huán)作為潛在官能團(tuán)雜環(huán)作為潛在官能團(tuán)34硅基團(tuán)作為潛在官能團(tuán)硅基團(tuán)作為潛在官能團(tuán)35重排反應(yīng)的利用利用重排反應(yīng)能合成其它反應(yīng)難以合成的結(jié)構(gòu)單元。常見(jiàn)的重排反應(yīng)有：Pinacol重排反應(yīng)Hoffmann重排反應(yīng)Beckmann重排反應(yīng)重排反應(yīng)的利用利用重排反應(yīng)能合成其它反應(yīng)難以合成的結(jié)36Pinacol重排反應(yīng)Pinacol重排反應(yīng)37Hoffmann重排反應(yīng)Hoffmann重排反應(yīng)38Beckmann重排反應(yīng)Beckmann重排反應(yīng)39合成路線的優(yōu)化要有合理的反應(yīng)機(jī)理合成路線簡(jiǎn)潔優(yōu)異的化學(xué)、區(qū)域和立體選擇性合成效率高反應(yīng)條件溫和或易操作原料易得盡可能符合綠色合成原則合成路線的優(yōu)化要有合理的反應(yīng)機(jī)理40合成效率直線式匯聚式合成效率直線式匯聚式41反應(yīng)次序的合理安排產(chǎn)率低的反應(yīng)盡可能安排在前面難度大的反應(yīng)要安排在合成路線的早期價(jià)格高的原料盡可能安排在后期反應(yīng)次序的安排應(yīng)考慮前面的反應(yīng)是否有利于后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行。如實(shí)例反應(yīng)次序的合理安排產(chǎn)率低的反應(yīng)盡可能安排在前面42有機(jī)合成控制方法與策略43反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)操作一個(gè)合理的合成路線，一方面要看合成的產(chǎn)率高低，另一方面還要看工藝的穩(wěn)定性，合成條件是否易控或工業(yè)上是否可行，以及后處理是否方便。此外，安全性和環(huán)保等問(wèn)題也必須加以考慮。反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)操作一個(gè)合理的合成路線，一方面要看合成的產(chǎn)44計(jì)算機(jī)輔助有機(jī)合成設(shè)計(jì)PASCOP程序(1978),EROS程序(1978),MASSO程序(1978),SST程序(1984),QED程序(1986),LHASA程序(1989),USTC程序(90)計(jì)算機(jī)輔助有機(jī)合成設(shè)計(jì)PASCOP程序(1978),45第六章有機(jī)合成控制方法與策略合成復(fù)雜分子時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到在底物分子的特定位置上進(jìn)行特定的反應(yīng)的問(wèn)題，即控制問(wèn)題。因此，常采用下述三種策略：選擇性反應(yīng)的利用導(dǎo)向基(活化基、鈍化基、阻斷基和保護(hù)基)的應(yīng)用潛在官能團(tuán)及應(yīng)用第六章有機(jī)合成控制方法與策略合成復(fù)46選擇性合成反應(yīng)的利用化學(xué)選擇性(Chemoselectivity)---不同官能團(tuán)的選擇性---處于不同化學(xué)環(huán)境下的相同官能團(tuán)的選擇性---處于相同化學(xué)環(huán)境下的相同官能團(tuán)的選擇性選擇性合成反應(yīng)的利用化學(xué)選擇性(Chemoselectivi47不同官能團(tuán)的選擇性不同官能團(tuán)的選擇性48有機(jī)合成控制方法與策略49有機(jī)合成控制方法與策略50化學(xué)環(huán)境不同的相同官能團(tuán)的選擇性化學(xué)環(huán)境不同的相同官能團(tuán)的選擇性51有機(jī)合成控制方法與策略52化學(xué)環(huán)境相當(dāng)?shù)南嗤倌軋F(tuán)的選擇性化學(xué)環(huán)境相當(dāng)?shù)南嗤倌軋F(tuán)的選擇性53有機(jī)合成控制方法與策略54選擇性合成反應(yīng)的利用區(qū)域選擇性(regioselectivity)---酮的區(qū)域選擇性反應(yīng)---Diels-Alder反應(yīng)的區(qū)域選擇性---不飽和羰基化合物的區(qū)域選擇性---環(huán)氧化合物的區(qū)域選擇性開(kāi)環(huán)---芳環(huán)的區(qū)域選擇性親電取代選擇性合成反應(yīng)的利用區(qū)域選擇性(regioselectivi55區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性是指試劑對(duì)底物分子內(nèi)兩種不同部位(site)的進(jìn)攻，從而產(chǎn)生不同產(chǎn)物的選擇情況。例如，羰基的兩個(gè)a-位，烯丙基的1,3-位，不對(duì)稱環(huán)氧乙烷的兩側(cè)，a,b-不飽和羰基化合物的1,2-和1,4-加成反應(yīng)等。區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性是指試劑對(duì)底物分子內(nèi)兩種不同56酮的區(qū)域選擇性反應(yīng)酮的區(qū)域選擇性反應(yīng)57有機(jī)合成控制方法與策略58Diels-Alder反應(yīng)的區(qū)域選擇性Diels-Alder反應(yīng)的區(qū)域選擇性59不飽和羰基化合物的區(qū)域選擇性a,b-不飽和醛和酰氯傾向于1,2-加成，而酮和羧酸酯多數(shù)傾向于共軛加成。強(qiáng)堿性試劑傾向于1,2-加成，如RLi,而弱堿性試劑如烷基銅鋰傾向于共軛加成。不飽和羰基化合物的區(qū)域選擇性a,b-不飽和醛和酰氯傾向于160a,b-不飽和酮的雙鍵也可以選擇性地還原。a,b-不飽和酮的雙鍵也可以選擇性地還原。61環(huán)氧化合物的區(qū)域選擇性開(kāi)環(huán)環(huán)氧化合物的區(qū)域選擇性開(kāi)環(huán)62芳環(huán)的區(qū)域選擇性親電取代芳環(huán)的區(qū)域選擇性親電取代63選擇性合成反應(yīng)的利用立體選擇性與專一性(stereoselectivityandstereospecificity)---烯鍵的立體選擇性反應(yīng)---炔鍵的立體選擇性加成---Diels-Alder反應(yīng)的立體選擇性---[2+2]環(huán)加成反應(yīng)的立體選擇性選擇性合成反應(yīng)的利用立體選擇性與專一性64烯鍵的立體選擇性反應(yīng)烯鍵的立體選擇性反應(yīng)65炔鍵的立體選擇性加成炔鍵的立體選擇性加成66Diels-Alder反應(yīng)的立體選擇性Diels-Alder反應(yīng)的立體選擇性67[2+2]環(huán)加成反應(yīng)的立體選擇性[2+2]環(huán)加成反應(yīng)的立體選擇性68有機(jī)合成中導(dǎo)向基的應(yīng)用導(dǎo)向基是指在反應(yīng)前引入某種控制基團(tuán)，來(lái)促使原先無(wú)法進(jìn)行選擇性反應(yīng)的官能團(tuán)進(jìn)行選擇性反應(yīng)，待反應(yīng)完成后再加以除去的基團(tuán)。由于導(dǎo)向基的使用存在引入和除去兩個(gè)步驟，這會(huì)使合成路線增長(zhǎng)。因此，這種方法不得已才采用。有機(jī)合成中導(dǎo)向基的應(yīng)用導(dǎo)向基是指在反應(yīng)前引入某種控制基團(tuán)，來(lái)69活化導(dǎo)向基的應(yīng)用活化導(dǎo)向基的應(yīng)用70鈍化導(dǎo)向基的應(yīng)用鈍化導(dǎo)向基的應(yīng)用71阻斷基的應(yīng)用阻斷基的應(yīng)用72保護(hù)基的應(yīng)用保護(hù)基的應(yīng)用73潛在官能團(tuán)及應(yīng)用潛在(latent)官能團(tuán)是指本身反應(yīng)活性低、但可以按適當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)官能團(tuán)(goal)的基團(tuán)。使用潛在官能團(tuán)可以避開(kāi)導(dǎo)向基的使用。潛在官能團(tuán)應(yīng)具備下列條件：---原料易得---反應(yīng)性低，對(duì)盡可能多的試劑保持穩(wěn)定---能在文和條件下，經(jīng)選擇性或?qū)Ｒ恍苑磻?yīng)展示為目標(biāo)基團(tuán)---可作為一個(gè)以上目標(biāo)官能團(tuán)的潛在著潛在官能團(tuán)及應(yīng)用潛在(latent)官能團(tuán)是指本身反應(yīng)活性低74烯烴作為潛在官能團(tuán)烯烴作為潛在官能團(tuán)75開(kāi)鏈烯烴經(jīng)氧化后會(huì)產(chǎn)生兩分子羰基化合物，常會(huì)引起分離困難，所以末端烯烴和環(huán)烯烴作為潛在官能團(tuán)有更多的應(yīng)用。開(kāi)鏈烯烴經(jīng)氧化后會(huì)產(chǎn)生兩分子羰基化合物，76環(huán)烯烴作為潛在官能團(tuán)環(huán)烯烴作為潛在官能團(tuán)77羰基作為潛在官能團(tuán)羰基作為潛在官能團(tuán)78雜環(huán)作為潛在官能團(tuán)雜環(huán)作為潛在官能團(tuán)79硅基團(tuán)作為潛在官能團(tuán)硅基團(tuán)作為潛在官能團(tuán)80重排反應(yīng)的利用利用重排反應(yīng)能合成其它反應(yīng)難以合成的結(jié)構(gòu)單元。常見(jiàn)的重排反應(yīng)有：Pinacol重排反應(yīng)Hoffmann重排反應(yīng)Beckmann重排反應(yīng)重排反應(yīng)的利用利用重排反應(yīng)能合成其它反應(yīng)難以合成的結(jié)81Pinacol重排反應(yīng)Pinacol重排反應(yīng)82Hoffmann重排反應(yīng)Hoffmann重排反應(yīng)83Beckmann重排反應(yīng)Beckmann重排反應(yīng)84合成路線的優(yōu)化要有合理的反應(yīng)機(jī)理合成路線簡(jiǎn)潔優(yōu)異的化學(xué)、區(qū)域和立體選擇性合成效率高反應(yīng)條件溫和或易操作原料易得盡可能符合綠色合成原則合成路線的優(yōu)化要有合理的反應(yīng)機(jī)理85合成效率直線式匯聚式合成效率直線式匯聚式86反應(yīng)次序的合理安排產(chǎn)率低的反應(yīng)盡可能安排在前面難度大的反應(yīng)要安排在合成路線的早期價(jià)格高的原料盡可能安排在后期反應(yīng)次序的安排應(yīng)考慮前面的反應(yīng)是否有利于后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行。如實(shí)例反應(yīng)次序的合理安排產(chǎn)率低的反應(yīng)盡可能安排在前面87有機(jī)合成控制方法與策略88反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)操作一個(gè)合理