有机反应的选择性与控制.ppt
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1、第三章第三章有机反应的选择性有机反应的选择性与控制与控制本章内容本章内容v(1)、有机合成反应的选择性;、有机合成反应的选择性;v(2)、活化和钝化导向基的引入;、活化和钝化导向基的引入;v(3)、羟基、羰基和氨基的保护。、羟基、羰基和氨基的保护。v(4)、碳膈的形成;、碳膈的形成;v一、合成反应的选择性一、合成反应的选择性有机合成反应的选择性与控制有机合成反应的选择性与控制(1)、定义:一个反应可能在底物的不同部位或方向)、定义:一个反应可能在底物的不同部位或方向进行,从而形成几种产物时的难易程度进行,从而形成几种产物时的难易程度(2)、分类:)、分类:1)化学选择性)化学选择性 2)区域选
2、择性)区域选择性 3)立体选择性)立体选择性v 1、化学选择性(、化学选择性(chemoselectivity)定义:不使用活化或保护等策略,反应试剂对不同定义:不使用活化或保护等策略,反应试剂对不同的官能团有不同的反应活性的官能团有不同的反应活性如果反应中所使用的某种试剂对一个有多官能团的如果反应中所使用的某种试剂对一个有多官能团的分子起化学反应时,只对其中一个官能团起作用分子起化学反应时,只对其中一个官能团起作用v2、区域选择性(区域选择性(regioselectivity)定义:相同的官能团在分子的不同位置,反应活性不同,或定义:相同的官能团在分子的不同位置,反应活性不同,或生成产物的稳
3、定性不同。如果反应中所使用的某种试剂只与生成产物的稳定性不同。如果反应中所使用的某种试剂只与分子的某一特定位置官能团的分子起作用,而不与其他位置分子的某一特定位置官能团的分子起作用,而不与其他位置上的相同官能团作用。上的相同官能团作用。v催化氢化反应中碳碳双键催化的活性比羰催化氢化反应中碳碳双键催化的活性比羰基高,若分子中同时有基高,若分子中同时有C=C和和C=O时可选择时可选择性的还原双键性的还原双键v催化氢化双键选择性最好的催化剂催化氢化双键选择性最好的催化剂Wilkinson Catalyst:(Ph3P)3RhCl铑催化剂是碳碳双键选择性氢化的有效催化剂,用铑催化剂是碳碳双键选择性氢化
4、的有效催化剂,用于烯烃的氢化,避免含氧基团被还原。通常只还原于烯烃的氢化,避免含氧基团被还原。通常只还原位阻最小的单取代或双取代双键位阻最小的单取代或双取代双键v 3、立体选择性、立体选择性(enantioselectivity)定义:一个反应中可能生成两种空间结构不同的立体异构体,定义:一个反应中可能生成两种空间结构不同的立体异构体,生成的两种异构体的量不同,称反应具有立体选择性包括顺生成的两种异构体的量不同,称反应具有立体选择性包括顺反异构,对映异构,非对映异构选择性。这种反应常与作用反异构,对映异构,非对映异构选择性。这种反应常与作用物的位阻、过渡状态的立体化学要求以及反应条件有关物的位
5、阻、过渡状态的立体化学要求以及反应条件有关二、控制选择性的因素v热力学控制:由各个反应产物的稳定性来确定热力学控制:由各个反应产物的稳定性来确定v动力学控制:由各个反应的反应速率确定动力学控制:由各个反应的反应速率确定 导向基的引入溴是邻、对位定位基团,怎样引入导向基?合成路线:引入导向基原则v、招之即来,挥之即去v、活化是导向的主要手段v、钝化导向v、利用封闭特定位置进行导向活化是导向的主要手段例一怎样改善?逆合成分析:逆合成分析:合成:合成路线例二例二:合成路线:合成路线:逆合成分析:逆合成分析:钝化导向例一:例二:利用封闭特定位置进行导向利用封闭特定位置进行导向例一:例二合成:合成路线:
6、例二:合成路线合成:合成:合成路线:合成路线:selectivity Protecting Groups 保护基团保护基团保护基应用的策略:控制反应的区域选择性控制反应的区域选择性提高反应的立体选择性提高反应的立体选择性有利于多种产物的分离有利于多种产物的分离 提高反应的经济性提高反应的经济性理想的保护基v能选择性地、容易地与被保护地基团反应,达到高的能选择性地、容易地与被保护地基团反应,达到高的转化率转化率.(容易引入所要保护地分子)(容易引入所要保护地分子)v与被保护基形成的结构能够经受住所要发生的反应的与被保护基形成的结构能够经受住所要发生的反应的条件,而不起反应条件,而不起反应v 反应
7、结束后,在不损及其余部分的条件下可以方便的反应结束后,在不损及其余部分的条件下可以方便的裂解脱出,脱出的保护基易于从反应物中分离除去裂解脱出,脱出的保护基易于从反应物中分离除去v保护基容易得到,反应易操作,少污染等因素保护基容易得到,反应易操作,少污染等因素3.3.1 醇的保护醇的保护v醚类醚类v缩醛、缩酮类缩醛、缩酮类v酯类酯类Protecting groups for alcohols R-OH合成:合成:例例1:1、醚类保护基、醚类保护基v1)甲基醚()甲基醚(Me醚)醚)甲醚的制备与脱保护甲醚的制备与脱保护v常用的甲基化试剂:常用的甲基化试剂:(MeO)2SO2硫酸二甲酯氢硫酸二甲酯氢
8、氧化钠;氧化钠;MeI碘甲烷氢氧化钠;重氮甲烷碘甲烷氢氧化钠;重氮甲烷v去保护在酸的作用下完成:浓的氢碘酸;去保护在酸的作用下完成:浓的氢碘酸;BBr3;三甲基硅烷三甲基硅烷v甲醚能稳定存在的范围:甲醚能稳定存在的范围:pH=114范围稳定,强范围稳定,强碱、亲核试剂、氧化剂、有机金属试剂、催化氢碱、亲核试剂、氧化剂、有机金属试剂、催化氢化、氢化物还原试剂存在时均不受影响化、氢化物还原试剂存在时均不受影响Mechanism for deprotection of methyl ether:Hard-soft acids and bases principle2)苄醚(Bn醚)例二:例二:合成路
9、线:合成路线:v与烯丙基或苄基相连的与烯丙基或苄基相连的C-O键,键,CN键易发生氢解键易发生氢解反应反应,苄酯、苄醚、苄胺的苄基可以氢解除去。而苄苄酯、苄醚、苄胺的苄基可以氢解除去。而苄基可用于羧基、醇及胺的保护基团,钯碳是氢解基可用于羧基、醇及胺的保护基团,钯碳是氢解苄氧键或苄氮键的有效催化剂苄氧键或苄氮键的有效催化剂催化氢解催化氢解v苄醚保护基的制备:苄醚保护基的制备:由由PhCH2Cl(氯苄)或(氯苄)或PhCH2Br/KOH(溴苄)烃基化制得(溴苄)烃基化制得v苄醚能稳定存在的范围:苄醚能稳定存在的范围:pH=114范围稳定,范围稳定,亲核试剂、氧化剂、有机金属试剂、氢化物亲核试剂、
10、氧化剂、有机金属试剂、氢化物还原试剂等存在时均不受影响还原试剂等存在时均不受影响v苄醚的去保护方法:苄醚的去保护方法:1)采用氢解方法,钯)采用氢解方法,钯碳催化氢化(碳催化氢化(PdC催化氢解),特点是催化氢解),特点是其他醚键可以保留;其他醚键可以保留;2)Li或或Na/液液NH3可溶可溶金属(钠或钾液氨)还原法金属(钠或钾液氨)还原法3)叔丁基醚)叔丁基醚例二:例二:v叔丁基醚制备:叔丁基醚制备:醇与醇与2甲基丙烯反应,浓硫酸甲基丙烯反应,浓硫酸或三氟硼酸或三氟硼酸/磷酸作催化剂磷酸作催化剂脱保护方法:脱保护方法:v叔丁基醚能稳定存在的范围:叔丁基醚能稳定存在的范围:pH=114范围范围
11、稳定,亲核试剂、氧化剂、有机金属试剂、稳定,亲核试剂、氧化剂、有机金属试剂、催化氢化、氢化物还原试剂、可溶性金属还催化氢化、氢化物还原试剂、可溶性金属还原等存在时均不受影响原等存在时均不受影响v叔丁基醚对酸的稳定性比甲醚和苄醚差,利叔丁基醚对酸的稳定性比甲醚和苄醚差,利用此点差异,选择性裂解叔丁基醚用此点差异,选择性裂解叔丁基醚v叔丁基醚的去保护方法:叔丁基醚的去保护方法:无水三氟乙酸无水三氟乙酸(CF3COOH)、三甲基硅碘或氢溴酸、三甲基硅碘或氢溴酸(HBr CF3COOH)4)四氢吡喃醚()四氢吡喃醚(THP醚)醚)制备方法:由二氢吡喃与醇在制备方法:由二氢吡喃与醇在H催化下制备催化下制
12、备vTHP醚醚脱保护方法:脱保护方法:室温下,在酸性条件下室温下,在酸性条件下H+/H2O水解水解v稳定存在范围:稳定存在范围:中性或碱性条件下稳定,对中性或碱性条件下稳定,对格氏试剂,烷基锂、氢化铝锂、烃化剂和酰格氏试剂,烷基锂、氢化铝锂、烃化剂和酰化剂等存在时均不受影响化剂等存在时均不受影响v应用范围:应用范围:广泛用于炔醇类、甾体类,核苷广泛用于炔醇类、甾体类,核苷酸以及糖、甘油酯、环多醇和肽类;酸以及糖、甘油酯、环多醇和肽类;缺点:缺点:不能在酸性介质中反应,并且将在体系中引不能在酸性介质中反应,并且将在体系中引入一个新的手性中心入一个新的手性中心v制备:氯甲基甲醚或甲醛缩二甲醇将醇羟
13、基甲氧甲制备:氯甲基甲醚或甲醛缩二甲醇将醇羟基甲氧甲基化生成基化生成5)、甲氧基甲醚()、甲氧基甲醚(MOM)v甲氧基甲醚能稳定存在的范围:甲氧基甲醚能稳定存在的范围:pH=314范围稳范围稳定,亲核试剂、氧化剂、有机金属试剂、催化氢化定,亲核试剂、氧化剂、有机金属试剂、催化氢化(除酸性条件下)、氢化物还原试剂可溶性金属还(除酸性条件下)、氢化物还原试剂可溶性金属还原等存在时均不受影响原等存在时均不受影响v甲氧基甲醚的去保护方法:盐酸甲醇溶液、盐酸甲氧基甲醚的去保护方法:盐酸甲醇溶液、盐酸/THF溶液、硫酸溶液、硫酸/乙酸溶液乙酸溶液v甲氧基甲醚遇酸的稳定性不如简单的醚,利用甲氧甲氧基甲醚遇酸
14、的稳定性不如简单的醚,利用甲氧基甲醚遇酸稳定性较差,可选择酸水解脱保护基。基甲醚遇酸稳定性较差,可选择酸水解脱保护基。v制备:醇在氢化钠等强碱作用下形成烃氧基负离子制备:醇在氢化钠等强碱作用下形成烃氧基负离子与与2-甲氧基乙氧甲基氯(甲氧基乙氧甲基氯(ClCH2OCH2CH2OCH3)反反应生成应生成MEM醚或醚或2-甲氧基乙氧甲基氯与叔胺形成的甲氧基乙氧甲基氯与叔胺形成的季铵盐与醇直接作用季铵盐与醇直接作用6)、2-甲氧基乙氧甲基醚(MEM)v2-甲氧基乙氧甲基醚的去保护方法:溴化锌甲氧基乙氧甲基醚的去保护方法:溴化锌/二氯甲二氯甲烷;四氯化钛烷;四氯化钛/二氯甲烷。二氯甲烷。MEM醚的生成
15、和裂解都醚的生成和裂解都是在非质子性溶剂中进行的是在非质子性溶剂中进行的v 在在AcOHH2O;TsOH/MeOH酸性条件下,不发生酸性条件下,不发生裂解裂解v含活泼氢的基团都可以用硅烷化保护。反应的含活泼氢的基团都可以用硅烷化保护。反应的ROHArOHCOOHNHCONHSHv常见的硅醚:三甲基硅醚(常见的硅醚:三甲基硅醚(R-O-SiMe3,R-O-TMS)三乙基硅醚(三乙基硅醚(R-O-SiEt3,R-O-TES)三异丙基基硅醚(三异丙基基硅醚(R-O-Si(i-Pr3),R-O-TIPS)叔丁基二甲基硅醚叔丁基二甲基硅醚(R-O-Si(Me2)t-Bu,R-O-TBDMS)7)、硅烷基
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