第二章 有机合成设计逻辑推理精选文档.ppt
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1、第二章第二章 有机合成设有机合成设计逻辑推理计逻辑推理本讲稿第一页,共四十八页第二章作业题第二章作业题1.1.简单表示逆合成分析法的基本思路简单表示逆合成分析法的基本思路2.2.掌握逆合成分析法下列概念的中英文名称及含义掌握逆合成分析法下列概念的中英文名称及含义即:即:disconection,synthetic precursor,disconection approach,synthetic equivalent,retron,transform,TGT,TM,SM,EXTGT tree,refunctionalization,FGI,FGR,FGA,FGT.3.3.了解切断碎片的分类了解
2、切断碎片的分类4.4.了解了解Corey逆合成分析法的五大策略逆合成分析法的五大策略逆合成分析法的五大策略逆合成分析法的五大策略本讲稿第二页,共四十八页第二章作业题第二章作业题5.5.写出下列反应的反向子和转换写出下列反应的反向子和转换写出下列反应的反向子和转换写出下列反应的反向子和转换 1)1)羟醛缩和反应;羟醛缩和反应;羟醛缩和反应;羟醛缩和反应;2)Claisen2)Claisen缩和;缩和;缩和;缩和;3)Michael3)Michael加成;加成;加成;加成;4)Diels-Alder4)Diels-Alder反应;反应;反应;反应;5)5)烯烃臭氧化水解反应;烯烃臭氧化水解反应;烯
3、烃臭氧化水解反应;烯烃臭氧化水解反应;6)Grignard 6)Grignard 反应;反应;反应;反应;7)7)羰基的羰基的羰基的羰基的HCNHCN加成反应;加成反应;加成反应;加成反应;8)Friedel-Crafts8)Friedel-Crafts反应;反应;反应;反应;9)Mannich9)Mannich反应;反应;反应;反应;10)Wittig10)Wittig反应;反应;反应;反应;11)11)苯环上的卤代反应;苯环上的卤代反应;苯环上的卤代反应;苯环上的卤代反应;12)Robinson annulation12)Robinson annulation。6.6.写出下列切断碎片的等
4、效剂写出下列切断碎片的等效剂写出下列切断碎片的等效剂写出下列切断碎片的等效剂 本讲稿第三页,共四十八页第二章作业题第二章作业题7.7.尝试使用切断法对下列化合物进行逆合成分析,并写出每步切断产生尝试使用切断法对下列化合物进行逆合成分析,并写出每步切断产生尝试使用切断法对下列化合物进行逆合成分析,并写出每步切断产生尝试使用切断法对下列化合物进行逆合成分析,并写出每步切断产生的碎片的碎片的碎片的碎片、离子化碎片、对应的等效剂和和合成路线。离子化碎片、对应的等效剂和和合成路线。离子化碎片、对应的等效剂和和合成路线。离子化碎片、对应的等效剂和和合成路线。本讲稿第四页,共四十八页2-1 有机合成设计及意
5、义有机合成设计及意义2.1.1有机合成设计有机合成设计 通过对合成目标分子的结构分析,选用或通过对合成目标分子的结构分析,选用或者从众多的可能的合成途径中选择认为最有效者从众多的可能的合成途径中选择认为最有效的作为采用合成路线,这个过程就叫做有机合的作为采用合成路线,这个过程就叫做有机合成设计,也有很多人叫做合成路线设计或者路成设计,也有很多人叫做合成路线设计或者路线设计。线设计。Organic Synthesis Design Synthetic Route Design Route Design本讲稿第五页,共四十八页2.1.2 有机合成的目标有机合成的目标 有机合成追求的目标是用最有效和
6、最方便的有机合成追求的目标是用最有效和最方便的方法制备目标化合物。方法制备目标化合物。有四个主要指标决定一个合成的质量:有四个主要指标决定一个合成的质量:l途径越简捷越好。途径越简捷越好。l原料越便宜易得越好。原料越便宜易得越好。l产率、质量越高越好。产率、质量越高越好。l方法更便捷,废物污染越小越好。方法更便捷,废物污染越小越好。本讲稿第六页,共四十八页2.1.3 有机合成设计的意义有机合成设计的意义一个合成工作要达到最为理想的水平,不是随随便便就可以一个合成工作要达到最为理想的水平,不是随随便便就可以一个合成工作要达到最为理想的水平,不是随随便便就可以一个合成工作要达到最为理想的水平,不是
7、随随便便就可以做到的,虽然影响的因素很多,但主要的还是取决于所采用的路做到的,虽然影响的因素很多,但主要的还是取决于所采用的路做到的,虽然影响的因素很多,但主要的还是取决于所采用的路做到的,虽然影响的因素很多,但主要的还是取决于所采用的路线。因为采用的路线合适,很多其他的附属问题跟着也就迎刃而线。因为采用的路线合适,很多其他的附属问题跟着也就迎刃而线。因为采用的路线合适,很多其他的附属问题跟着也就迎刃而线。因为采用的路线合适,很多其他的附属问题跟着也就迎刃而解了,整个合成工作就会显得精彩无比。采用的路线不好,有可解了,整个合成工作就会显得精彩无比。采用的路线不好,有可解了,整个合成工作就会显得
8、精彩无比。采用的路线不好,有可解了,整个合成工作就会显得精彩无比。采用的路线不好,有可能会遇上难以克服的困难,工作可能事倍功半,整个合成工作显能会遇上难以克服的困难,工作可能事倍功半,整个合成工作显能会遇上难以克服的困难,工作可能事倍功半,整个合成工作显能会遇上难以克服的困难,工作可能事倍功半,整个合成工作显得拙劣、别扭,甚至合成路线就走不通,是死胡同。实际工作中,得拙劣、别扭,甚至合成路线就走不通,是死胡同。实际工作中,得拙劣、别扭,甚至合成路线就走不通,是死胡同。实际工作中,得拙劣、别扭,甚至合成路线就走不通,是死胡同。实际工作中,经常碰到临时改变路线的事例,概莫如次。可见路线对于合成的经
9、常碰到临时改变路线的事例,概莫如次。可见路线对于合成的经常碰到临时改变路线的事例,概莫如次。可见路线对于合成的经常碰到临时改变路线的事例,概莫如次。可见路线对于合成的成功与否所起的作用。成功与否所起的作用。成功与否所起的作用。成功与否所起的作用。采用什么路线,也即采用什么路线,也即采用什么路线,也即采用什么路线,也即路线设计,对于整个合成工作来路线设计,对于整个合成工作来路线设计,对于整个合成工作来路线设计,对于整个合成工作来说是第一步,是计划,是方向,是灵魂,它决定着整个合成说是第一步,是计划,是方向,是灵魂,它决定着整个合成说是第一步,是计划,是方向,是灵魂,它决定着整个合成说是第一步,是
10、计划,是方向,是灵魂,它决定着整个合成工作走向何处,成功与否,同时也决定着合成工作达到的水工作走向何处,成功与否,同时也决定着合成工作达到的水工作走向何处,成功与否,同时也决定着合成工作达到的水工作走向何处,成功与否,同时也决定着合成工作达到的水平。平。平。平。本讲稿第七页,共四十八页 Synthesis must always be carried out by plan,and the synthetic frontiers can be defined only in term of the degree to which the realistic planning is possib
11、le utilizing all of the intellectual and physical tools available.-R.B.Woodward,1956本讲稿第八页,共四十八页2.1.4 合成事例合成事例 A.Willsttter托品酮的合成托品酮的合成19011901年,完成的颠茄酮年,完成的颠茄酮年,完成的颠茄酮年,完成的颠茄酮(托品酮,(托品酮,(托品酮,(托品酮,TropinoneTropinone)合)合)合)合成,总收率为成,总收率为成,总收率为成,总收率为0.75%0.75%。Richard Martin WillstRichard Martin Willst t
12、ter tter。19151915年年年年NobleNoble化学奖得主(天然产物化学奖得主(天然产物化学奖得主(天然产物化学奖得主(天然产物中的第一个化学奖。)中的第一个化学奖。)中的第一个化学奖。)中的第一个化学奖。)本讲稿第九页,共四十八页Hofmann降级法(彻底甲基化法)降级法(彻底甲基化法)胺类经彻底甲基化(胺类经彻底甲基化(胺类经彻底甲基化(胺类经彻底甲基化(Exhaustive methylation)Exhaustive methylation)后生成季铵盐后生成季铵盐后生成季铵盐后生成季铵盐(Quaternary Ammonium SaltQuaternary Ammoni
13、um Salt),再碱化生成季铵碱;季铵碱受热分解,是脱出胺),再碱化生成季铵碱;季铵碱受热分解,是脱出胺),再碱化生成季铵碱;季铵碱受热分解,是脱出胺),再碱化生成季铵碱;季铵碱受热分解,是脱出胺基上烃基的方法。基上烃基的方法。基上烃基的方法。基上烃基的方法。分解方式视季铵碱结构而定:分解方式视季铵碱结构而定:分解方式视季铵碱结构而定:分解方式视季铵碱结构而定:CHCH3 3的的的的H H最易失去,最易失去,最易失去,最易失去,RCHRCH2 2次之,次之,次之,次之,R R2 2CHCH最难;最难;最难;最难;含有乙基时,优先形成乙烯;含有乙基时,优先形成乙烯;含有乙基时,优先形成乙烯;含
14、有乙基时,优先形成乙烯;主要生成取代基最少的烯烃。主要生成取代基最少的烯烃。主要生成取代基最少的烯烃。主要生成取代基最少的烯烃。本讲稿第十页,共四十八页2.1.4 合成事例合成事例 B.Robinson托品酮的合成托品酮的合成19171917年报道,年报道,年报道,年报道,yield 40%yield 40%。Sir Robert Robinson Sir Robert Robinson 1947 1947 年年年年NobleNoble化学奖得主化学奖得主化学奖得主化学奖得主。托品酮的合成奠定了托品酮的合成奠定了托品酮的合成奠定了托品酮的合成奠定了RobinsonRobinson仿生合仿生合仿
15、生合仿生合成化学创始人的地位。成化学创始人的地位。成化学创始人的地位。成化学创始人的地位。后来,舍普夫(后来,舍普夫(后来,舍普夫(后来,舍普夫(Schpof C.Schpof C.)等人用缓冲法使反应混合)等人用缓冲法使反应混合)等人用缓冲法使反应混合)等人用缓冲法使反应混合物的物的物的物的pHpH值保持在值保持在值保持在值保持在5 5,使颠茄酮的收率增加到,使颠茄酮的收率增加到,使颠茄酮的收率增加到,使颠茄酮的收率增加到90%90%。本讲稿第十一页,共四十八页Mannich Reaction 甲醛(或其他醛)、氨或胺(通常是伯、仲胺盐酸盐)和甲醛(或其他醛)、氨或胺(通常是伯、仲胺盐酸盐)
16、和甲醛(或其他醛)、氨或胺(通常是伯、仲胺盐酸盐)和甲醛(或其他醛)、氨或胺(通常是伯、仲胺盐酸盐)和至少含一个活性氢的化合物(甲基酮、至少含一个活性氢的化合物(甲基酮、至少含一个活性氢的化合物(甲基酮、至少含一个活性氢的化合物(甲基酮、-酮酸酯、氰基酸酮酸酯、氰基酸酮酸酯、氰基酸酮酸酯、氰基酸酯、硝基烷或含一个酯、硝基烷或含一个酯、硝基烷或含一个酯、硝基烷或含一个CHCH的炔等)缩合成酮胺的炔等)缩合成酮胺的炔等)缩合成酮胺的炔等)缩合成酮胺(Mannich Base)Mannich Base)盐酸盐。盐酸盐。盐酸盐。盐酸盐。反应一般在水、乙醇等溶剂中,弱碱反应一般在水、乙醇等溶剂中,弱碱反
17、应一般在水、乙醇等溶剂中,弱碱反应一般在水、乙醇等溶剂中,弱碱性、室温条件下进行。性、室温条件下进行。性、室温条件下进行。性、室温条件下进行。19121912年,年,年,年,MannichMannich报道此反应。报道此反应。报道此反应。报道此反应。反应机理:反应机理:反应机理:反应机理:本讲稿第十二页,共四十八页Mannich Reaction本讲稿第十三页,共四十八页 Robinson utilized a tandem sequence in a simple one-pot procedure which involves two Robinson utilized a tandem
18、sequence in a simple one-pot procedure which involves two consecutive Mannich reactions:the first one in an inter-and the second one in an consecutive Mannich reactions:the first one in an inter-and the second one in an intramolecular fashion.In a way,the total synthesis of tropinone by Robinson was
19、 quite ahead intramolecular fashion.In a way,the total synthesis of tropinone by Robinson was quite ahead of its time both in terms of elegance and logic.With this synthesis Robinson introduced of its time both in terms of elegance and logic.With this synthesis Robinson introduced aesthetics into to
20、tal synthesis,and art became part of the endeavor.aesthetics into total synthesis,and art became part of the endeavor.本讲稿第十四页,共四十八页2.1.4 合成事例合成事例 C.环辛四烯的合成环辛四烯的合成1911-19131911-1913年年年年WillsttterWillsttter合成方法合成方法合成方法合成方法 100Kg100Kg石榴皮提取的石榴皮提取的石榴皮提取的石榴皮提取的假石榴碱作原料,最终得假石榴碱作原料,最终得假石榴碱作原料,最终得假石榴碱作原料,最终得3
21、.4Kg3.4Kg环辛四烯。环辛四烯。环辛四烯。环辛四烯。Reppe ReactionReppe Reaction(19481948年)年)年)年)本讲稿第十五页,共四十八页2.1.4 合成事典的启示合成事典的启示l l路线对合成工作的重要性路线对合成工作的重要性l l巧妙路线的艺术特质巧妙路线的艺术特质巧妙路线的艺术特质巧妙路线的艺术特质l l路线设计中策略路线设计中策略 选用骨架相同或者相近的原料选用骨架相同或者相近的原料选用骨架相同或者相近的原料选用骨架相同或者相近的原料 官能团转化官能团转化 逐步合成法(逐步合成法(逐步合成法(逐步合成法(Stepwise Elongation)片断组
22、合法(片断组合法(片断组合法(片断组合法(Fragment CondensationFragment Condensation)生源合成生源合成生源合成生源合成 l l学习应用新反应的作用学习应用新反应的作用本讲稿第十六页,共四十八页2.1.4 学习有机合成设计的目的学习有机合成设计的目的l l学习有机合成设计不仅仅因为合成路线是合成工作的第一学习有机合成设计不仅仅因为合成路线是合成工作的第一学习有机合成设计不仅仅因为合成路线是合成工作的第一学习有机合成设计不仅仅因为合成路线是合成工作的第一步,也是关键的一步,路线一旦设计的拙劣,就无法取得圆步,也是关键的一步,路线一旦设计的拙劣,就无法取得圆
23、步,也是关键的一步,路线一旦设计的拙劣,就无法取得圆步,也是关键的一步,路线一旦设计的拙劣,就无法取得圆满的结果,为此满的结果,为此满的结果,为此满的结果,为此路线设计的能力是每个有机合成工作者必须路线设计的能力是每个有机合成工作者必须路线设计的能力是每个有机合成工作者必须路线设计的能力是每个有机合成工作者必须具备的具备的具备的具备的。l l另外,对于一个科学工作者来说,思路正确与否是决定其另外,对于一个科学工作者来说,思路正确与否是决定其另外,对于一个科学工作者来说,思路正确与否是决定其另外,对于一个科学工作者来说,思路正确与否是决定其科研命运的紧要因素,而科研命运的紧要因素,而科研命运的紧
24、要因素,而科研命运的紧要因素,而路线设计训练正是增强思维能力的路线设计训练正是增强思维能力的路线设计训练正是增强思维能力的路线设计训练正是增强思维能力的一种非常重要的手段一种非常重要的手段一种非常重要的手段一种非常重要的手段。l l设计合成路线,不仅需要运用有机化学的知识和技巧,还需设计合成路线,不仅需要运用有机化学的知识和技巧,还需设计合成路线,不仅需要运用有机化学的知识和技巧,还需设计合成路线,不仅需要运用有机化学的知识和技巧,还需要做创造性的思考,在此要做创造性的思考,在此要做创造性的思考,在此要做创造性的思考,在此逻辑推理和直觉判断逻辑推理和直觉判断逻辑推理和直觉判断逻辑推理和直觉判断
25、都是不可缺少都是不可缺少都是不可缺少都是不可缺少的。反过来,通过路线设计训练,恰好又能培养这方面的能的。反过来,通过路线设计训练,恰好又能培养这方面的能的。反过来,通过路线设计训练,恰好又能培养这方面的能的。反过来,通过路线设计训练,恰好又能培养这方面的能力。力。力。力。本讲稿第十七页,共四十八页2.2 Corey的逆合成分析法的逆合成分析法(Restrosynthetic Analysis)反合成分析理论(反合成分析理论(反合成分析理论(反合成分析理论(Antithetic AnalysisAntithetic Analysis)J.Am.Chem.Soc.J.Am.Chem.Soc.196
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