《高等有机合成》PPT课件.ppt
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1、高等有机合成高等有机合成AdvancedOrganicSynthesis绪绪论论一、有机合成的历史回顾一、有机合成的历史回顾二、有机合成化学的发展趋势二、有机合成化学的发展趋势三、学习内容和方法三、学习内容和方法四、重要参考书及期刊四、重要参考书及期刊五、课程安排五、课程安排一、有机合成的历史回顾一、有机合成的历史回顾1.尿素的合成尿素的合成(1828年,德国化学家年,德国化学家Wohler)有机化学的开始有机化学的开始2.颠茄酮的合成颠茄酮的合成1)1902年,德国化学家年,德国化学家Willstatter(1915年获年获Noble化学奖)化学奖)21steps,overallyield0
2、.7%2)1917年,英国化学家年,英国化学家Robinson(1947年获年获Noble化学奖)化学奖)3steps,overallyield90%Robinson为什么能是发现这条合成路线?为什么能是发现这条合成路线?MannichReaction(1912)3.维生素维生素B12的合成的合成(Woodward,1977年)年)在在Woodward及及Eschenmoser领导下领导下,经过两个经过两个实验室,实验室,100多位科学家的共同努力,于多位科学家的共同努力,于1977年完成年完成了维生素了维生素B12的全合成工作。的全合成工作。将有机合成作为一种艺术展现在世人面前。将有机合成作
3、为一种艺术展现在世人面前。因在因在1945-1954年人工合成了奎宁、类固醇、年人工合成了奎宁、类固醇、马钱子碱、羊毛甾醇、麦角碱等近马钱子碱、羊毛甾醇、麦角碱等近20种复杂天然种复杂天然产物而产物而1965年获年获Noble化学奖化学奖4.E.J.Corey,(1990年获年获Noble化学奖化学奖)如果说Woodward 一生奋斗的成就是将有机合成作为一种艺术展现在世人面前,那么Corey 则是将有机合成从艺术转变成为科学的一个关键人物。他的逆合成分析是现代有机合成化学的重要基石,推动了20世纪70年代以来整个有机合成领域的蓬勃发展。逆合成分析逆合成分析(Retrosyntheticana
4、lysis)Woodward(1981)红霉素的全合成Y.Kishi(1987)海葵毒素的全合成S.L.Schreiberet al(1993)FK-1012的全合成K.C.Nicolaou&S.L.Schreiber(1994)紫杉醇(Taxol)的全合成5.K.C.Nicolaou&S.L.SchreiberK.C.Nicolaou,et al.Theartandscienceoftotalsynthesisatthedawnoftwenty-firstcentury,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,2002,39,44S.L.Schreiber,et al.Target-
5、orientedanddiversity-orientedorganicsynthesisindrugdiscovery,Science,2000,287,1964高立体选择性高立体选择性(HighStereoselectivity)原子经济性反应原子经济性反应(AtomEconomicalReaction)绿色化学绿色化学(GreenChemistry)二、有机合成化学的发展趋势二、有机合成化学的发展趋势1.新试剂、新反应、新方法的发现永无止境新试剂、新反应、新方法的发现永无止境Epibatidine的研究的研究Y(OTf)3-catalyzednovelMannichreactionofN
6、-alkoxy-carbonylpyrroles,formaldehydeandprimaryaminehydrochloridesC.X.Zhuan,J.C.Dong,T.M.Cheng,R.T.Li*,Tetrahedron Letters,2001,43(3),461-463Aldol缩合反应的研究缩合反应的研究2.与生命科学和材料科学的联系越来越紧密与生命科学和材料科学的联系越来越紧密三、学习内容和方法三、学习内容和方法 内容内容1.对重要的基础有机反应要能够熟练运用对重要的基础有机反应要能够熟练运用新新化合物的合成化合物的合成比葫芦画瓢比葫芦画瓢逆合成分析逆合成分析2.跟踪文献,尽可
7、能将最新的试剂、反应和方法应用于跟踪文献,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。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学习别人的思路,创造性地借鉴和运用 方法方法四、重要参考书及期刊四、重要参考书及期刊参考书参考书1.F.A.Carey著,王积涛译,高等有机化学,B.反应与合成,高等教育出版社,1986。2.岳保珍,李润涛,有机合成基础,北京医科大学出版社,2000。3.吴毓林,姚祝军,现代有机合成化学,科学出版社,2001。4.W.Carruthers著,李润涛等译,有机合成的一些新方法,河南大学出版社,1991。5.黄宪,王彦广,陈振初,新编有机合成化学,
8、化学工业出版社,2003。6.王咏梅等,高等有机化学习题解答,南开大学出版社,2002。7.DaleL.Boger,ModernOrganicSynthesis,TheScrippsResearchInstitute,TsriPress,1999.8.ComprehensiveOrganicSynthesis,Vol.1-9期刊期刊1.Angew.Chem.Int.Ed.2.J.Am.Chem.Soc.3.J.Org.Chem.4.Org.Letters5.Chem.Commun.6.Tetrahedron7.TetrahedronLetters.8.TetrahedronAsymm.9.Sy
9、nthesis10.Synlett11.Synth.Commun.12.Eur.J.Chem.13.Eur.J.Org.Chem.14.Heterocyclics15.J.HeterocyclicChem.16.J.Med.Chem.17.Bioorg.Med.Chem.18.Bioorg.Med.Chem.Lett.19.Eur.J.Med.Chem.20.J.Comb.Chem.五、课程安排五、课程安排1.进度安排进度安排2.3.2.讲授原则讲授原则4.复习老反应,补充新反应,复习老反应,补充新反应,5.重点讲进展,强调学思路。重点讲进展,强调学思路。3.考试考试4.1)写综述一篇写综述一
10、篇(近(近5年的进展)(年的进展)(40%)5.2)笔试(笔试(60%)Chapter2FormationofCarbon-CarbonSingleBonds一、一、GeneralPrinciples烷化反应:烷化反应:E=烷化剂烷化剂缩合反应:缩合反应:E=醛、酮、酯等醛、酮、酯等Michael加成:加成:E=Mannich反应反应二、二、影响反应的主要因素影响反应的主要因素a.反应底物反应底物(Substrate)-NO2-CORSO2R-CN-CO2R-Ph,SORA和和B至少要有一个是至少要有一个是EWGA和和B应该能使其应该能使其-碳上的碳上的H活化的基团,通常为吸电子活化的基团,通
11、常为吸电子基(基(ElectronwithdrawgroupEWG)。)。b.碱碱(Base)常用的碱:常用的碱:Ph3C-(Me2CH)2N-EtO-OH-R3N碱的选择取决于底物的反应活性理想的碱:理想的碱:碱性强,亲核性弱,并不进攻那些较敏感的基团,另外能溶于非极性溶剂中。c.溶剂溶剂(Solvent)SolventO-alkylationC-alkylation反应速度反应速度常用的非质子极性溶剂(polaraproticsolvent):DMFDMSOHMPAd.亲电试剂亲电试剂(Electrophilicreagent)所有能与负碳离子发生反应的碳正离子或分子。所有能与负碳离子发生
12、反应的碳正离子或分子。例:例:RX,R-SO3H,RCO2Et,RCOR这四种影响因素之间是相互联系,相互影响的。在分析这四种影响因素之间是相互联系,相互影响的。在分析一个具体反应时,应该综合分析考虑这四种影响因素。一个具体反应时,应该综合分析考虑这四种影响因素。三、烷基化反应三、烷基化反应(Alkylation)1.O-alkylation&C-alkylationExample1Example2Degree of substitution of alkylating agent:Example32.区域选择性区域选择性(Regioselectivity)区域选择性受热力学控制和动力学控制的
13、反应条件影响区域选择性受热力学控制和动力学控制的反应条件影响很大很大.热力学控制条件下主要生成取代基较多的烯醇热力学控制条件下主要生成取代基较多的烯醇;动力学控制条件下主要生成取代基较少的烯醇动力学控制条件下主要生成取代基较少的烯醇;Example1Example23.立体选择性立体选择性(Steroselectivity)烯醇化合物的立体选择性形成烯醇化合物的立体选择性形成,将为不对将为不对称合成提供平台称合成提供平台.Example1Example2Example3Example44.二羰基化合物的二羰基化合物的-烷基化反应烷基化反应(-Alkylationof1,3-dicarbonyl
14、compounds)J.Am.Chem.Soc.,1974,90,1082;1963,85,3237;1965,87,82.Example1Example2Example3继承与发展继承与发展5.芳基卤化物与烯醇盐的反应芳基卤化物与烯醇盐的反应(Reactionsofaromatichalidewithenolates)ExampleMechanism关键是要有形成苯炔的条件。关键是要有形成苯炔的条件。6.酮和酯的烷基化反应酮和酯的烷基化反应(Alkylationsofketonesandesters)避免避免Aldol缩合反应发生的方法:缩合反应发生的方法:烷化剂要待酮完全转化为烯醇式后再加
15、入。烷化剂要待酮完全转化为烯醇式后再加入。常用的碱:常用的碱:NaNH2,KNH2,NaH,Ph3CNa等;有副产物。等;有副产物。LDA,LTMP,LHMDS等效果很好。等效果很好。Example1Example2不对称酮的选择性烷基化反应不对称酮的选择性烷基化反应(Selectivealkylationofasymmetricketones)在一个在一个-位引入一个活化基位引入一个活化基(略)略)如:如:DieckmannReaction;Claisencondensation制成结构专属性的烯醇负离子制成结构专属性的烯醇负离子在取代基较多的在取代基较多的-位烷基化位烷基化(烯醇硅醚法烯醇
16、硅醚法)碱性条件碱性条件酸性条件酸性条件在取代基较少的在取代基较少的-位烷基化位烷基化(烯胺法烯胺法,StorkEnamineSynthesis)u通常,用活泼的卤代烷,可以高产率生成通常,用活泼的卤代烷,可以高产率生成C-烷基化产物;烷基化产物;但对于一般的卤代烃,但对于一般的卤代烃,C-烷基化产物收率较底。若用烷基化产物收率较底。若用LDA在低温下反应,则对各种卤代烃均可得到高收率的在低温下反应,则对各种卤代烃均可得到高收率的C-烷基化产物。烷基化产物。u对于不对称酮,主要在取代基较少的对于不对称酮,主要在取代基较少的-位发生烷基化。位发生烷基化。Example1Example27.对映选
17、择性烷基化反应(对映选择性烷基化反应(Enantioselectivealkylations)u利用手性胺利用手性胺u利用二甲基肼利用二甲基肼扩展:扩展:二甲基腙锂化合物的另一应用二甲基腙锂化合物的另一应用二甲基腙锂化合物容易转化成有机铜化合物,而有机铜化二甲基腙锂化合物容易转化成有机铜化合物,而有机铜化合物在合物在C-C键的形成中很有用。键的形成中很有用。u利用利用SAMP和和RAMP若用RAMP,则得到另一种对映异构体。u羧酸的羧酸的-不对称烷基化不对称烷基化Example8.极性翻转(极性翻转(Umpolung)俞俞凌凌翀,刘志昌,极性转换及其在有机合成中的应翀,刘志昌,极性转换及其在有
18、机合成中的应用,科学出用,科学出版社,版社,1991Example1安息香缩合安息香缩合Example2醛氰醇法醛氰醇法Example31,3二噻烷法二噻烷法不易发生不易发生Michael加成反应。加成反应。Example4乙基乙硫甲基亚砜法乙基乙硫甲基亚砜法1,4二酮二酮四、缩合反应四、缩合反应(Condensation)1.AldolReaction2.MichaelAddition3.MannichReaction4.ClaisenCondensation5.DieckmannCondrnsation6.DarzensReaction7.Reformatslyreaction1.Aldo
19、lReaction(condensation)1)经典经典Aldol反应的两大缺点反应的两大缺点不同醛、酮之间的反应常得到混合产物;不同醛、酮之间的反应常得到混合产物;立体选择性差立体选择性差2)定向醇醛缩合反应定向醇醛缩合反应(DirectedAldolcondensation)Metood1PreformedLithiumEnolatesZ-enolatesgivepredominantlysyn(orthreo)aldolproducts(thermodynamicenolates).E-enolatesgivepredominantlyanti(orerythro)aldolprodu
20、cts(kineticenolates).Example1-StericsizeofR1affectsdiastereoselectivityOriginofDiastereoselectivitya.Z-enolatesDiastereoselectivityforZ-enolate(givingsynaldolproduct)ismaximizedwhenR1andR3arestericallydemanding(R1/R3interactionismaximized).Diastereoselectivityalsoincreasesasmetalischangedtoboron.Thi
21、sisattritubtedtoatighterT.S.(BObondshorter,soR1/R3stericinteractionsaremagnifiedinT.S.forantiproduct).WhenR2isverylargetheR3/R2gaucheinteractionR1/R31,3-diaxialinteraction(Why?).b.E-enolatesDiastereoselectivityincreasesasR1andR3becomestericallylarge,andaswitchtotheboronenolatewillincreaseselectivity
22、.DiastereoselectivitymayswitchwhenR2isverylarge(Why?).uEffectofR1uEffectofR3uEffectofR2Metood2PreformedBoronEnolatesa.Z-enolatePreparationandReactionsb.E-enolatePreparationandReactions-Originallydifficulttocontrolbut:c.ExamplesofmorerecentmethodstocontrolboronenolategeometryAldolCondensationwithChir
23、alEnolatesTienolatepromotedEvansaldol(non-Evanssynaldol)Chelatedandnon-chelatedTienolatesMetood3Acid-CatalysedDirectedAldolReactions该方法是该方法是在酸性条件在酸性条件下反应;但下反应;但立体选择性立体选择性较差。较差。3)有机小分子催化醇醛缩合反应有机小分子催化醇醛缩合反应(SmallOrganicMoleculesCatalystedAldolReactions)NovelSmallOrganicMoleculesforaHighlyEnantioselect
24、iveDirectAldolReactionJ.AM.CHEM.SOC.2003,125,5262-5263ZhuoTang,FanJiang,Luo-TingYu,XinCui,Liu-ZhuGong,*,Ai-QiaoMi,Yao-ZhongJiang,andYun-DongWu*Key Laboratory for Asymmetric Synthesis and Chirotechnology of Sichuan Province,Chengdu Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Chengdu,61
25、0041,China,College of Chemical Engineering,Sichuan UniVersity,Chengdu,610065,China,and State Key Laboratory of Molecular Dynamics and Stable Structures,College of Chemistry and Molecular Engineering,Peking UniVersity,Beijing,100871,China2.MichaelAdditionReactionApplications:Synthesisof1,5-dicarbonyl
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