当代有机药物合成关环和开环 PPT课件.ppt

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1、Review of Chapter 6 Summary-1形成C-X或可通过亲电的碳原子物种，如碳正离子，和卤离子反应，或可通过亲核的碳与正电荷的卤素物种或卤素自由基反应。Summary-2C-O键常常是通过亲电碳物种和氧亲核试剂反应而形成，后者或是阴离子(如RO-)或不带电荷(如H2O)。Summary-3C-S键可以通过亲电的碳原子物种和含硫原子的亲核试剂(HS-或RS-)反应而得；然而，硫的三氧化物(正如在磺化反应中)和磺酰氯是亲电试剂，可以和亲电的碳反应。碳-硒键可通过涉及亲电试剂和亲核硒试剂的反应来形成。Summary-4C-N键可以通过碳亲电试剂与氮亲核试剂(是胺离子而不是酰胺离子

2、)相互作用而形成。硝化和亚硝化涉及到亲电氮物种分别为NO2+和NO+(或R-N=O)在亲核碳原子上的反应。Summary-5C-P键的形成常常涉及到亲核的磷试剂与亲电碳物种，在磷卤化物的反应中，P是作为亲电组分如与有机金属试剂反应时。Chapter 6 Ring closure and openingGe MengSchool of PharmacyXian Jiaotong University2013,12,01Topics7.17.1 通过亲电试剂和亲核试剂相互作用的分子内环化通过亲电试剂和亲核试剂相互作用的分子内环化7.27.2 环加成反应环加成反应7.37.3 电环化闭环电环化闭环7

3、.47.4 开环开环7.57.5 实例实例1 1通过亲电试剂和亲核试剂相通过亲电试剂和亲核试剂相互作用的分子内环化互作用的分子内环化1.1 引言引言成环反应成环反应 分为以下三类：分为以下三类：第一类第一类 是以分子间反应形式的各种分子内的变型反应，是以分子间反应形式的各种分子内的变型反应，无疑这也是最大一类。在这些过程中，无疑这也是最大一类。在这些过程中，n个原子组成的链个原子组成的链环化成为环化成为n-员环。员环。第二类第二类 是发生在分子间的，常常是涉及两个不同的分子是发生在分子间的，常常是涉及两个不同的分子之间同时形成两个化学键。这种过程通常称为环加成反应，之间同时形成两个化学键。这种

4、过程通常称为环加成反应，如如D-A反应反应(Diels-Alder)。第三类第三类 包含电环化反应，它是发生在分子内的反应而与包含电环化反应，它是发生在分子内的反应而与那些环加成反应在机理方面具有相互联系。那些环加成反应在机理方面具有相互联系。开环反应开环反应 在合成上较少使用，在某些特殊情况很有价值。在合成上较少使用，在某些特殊情况很有价值。烷基化反应烷基化反应 酰基化反应酰基化反应 与克莱森酰基化反应等同的分子内反应称为迪克曼反应迪克曼反应(Dieckmann reaction)Example:洛索洛芬钠洛索洛芬钠(Sodium Loxoprofen)的中间体的合成的中间体的合成Side

5、product analysis:Claisen condensation.Example:3-氨基吡咯烷的合成氨基吡咯烷的合成3-氨基吡咯烷是喹诺酮类抗菌剂中有效的取代基,其二盐酸盐与3-位氨基乙酸化衍生物都可用于合成托氟沙星和其它喹诺酮。-苄胺基丙酸乙酯Dieckmann环合-烷基化Example:(1-苯乙基哌啶-4-基)苯胺化合物1是合成阿片类镇痛药芬太尼(Fentanyl)的重要中间体。以-苯乙胺和丙烯酸甲(乙)酯为原料,经Michael加成、Dieckmann缩合及酸性水解得N-苯乙基-4-哌啶酮(4),再与苯胺反应生成亚胺后由四氢锂铝还原(或三乙酰氧基硼氢化钠或雷尼镍还原氨化)得

6、到。Example:7-氯-5-氧代-2,3,4,5-四氢-1H-1-苯并氮的合成非肽类选择性非肽类选择性 V2 受体拮抗剂：托伐普坦受体拮抗剂：托伐普坦(Tolvaptan)的的关键中间体关键中间体（2009，FDA）治疗由充血性心衰治疗由充血性心衰(CHF)、肝硬化及抗利尿激素分泌不足、肝硬化及抗利尿激素分泌不足综合征所致高容性或等容性低钠血症综合征所致高容性或等容性低钠血症。Example:7-氯-5-氧代-2,3,4,5-四氢-1H-1-苯并氮的合成 Example:1-甲基碳青霉烯双环母核1-甲基碳青霉烯类抗生素不仅抗菌谱广,抗菌活性强,且对肾脱氢肽酶-1 稳定。构建方法构建方法分子

7、内卡宾插入环合法分子内卡宾插入环合法Dieckmann反应法反应法步骤短步骤短,收率高收率高,适于制备适于制备分子内卡宾插入反应环合法分子内卡宾插入反应环合法1 在碱性过氧过氢作用下,得到羧酸6。此反应可用一水合氢氧化锂,反应温和,收率有所提高。以羰基二咪唑活化6 的羧基,再在乙腈中与丙二酸单对硝基苄酯镁盐于60反应18h 得到7,收率72%。也可改用氯甲酸乙酯,在三乙胺作用下,先与6 形成二羰基化合物再用咪唑取代的方法进行活化,只需在65反应4h,即可完成,收率提高到84%。分子内分子内 Dieckmann 环合法环合法1 在低温(-60)、强碱(NaN(TMS)2)作用下与溴乙酸烯丙酯反应

8、转化成烯丙酯10,反应后,加入10%柠檬酸溶液中和(放热迅速,升温快,产物易被破坏),可改用磷酸盐缓冲液和乙酸乙酯进行缓解处理,反应温和,收率96%。再在强碱(N aN(TMS)2)的作用下,进行分子内Dieckmann环合反应,经二苯磷酰氯对羰基活化,一步即可得到双环母核的烯醇磷酸酯产物11,收率80%。辅助侧链螺酮的制备螺 2,3-二氢-4H-1,3-苯并噁嗪-2,1-环己烷-4-酮(3)可用水杨酰胺与环己酮缩合而得。方法采用立体选择性的Reformasky 反应合成1,用锌粉为催化剂,操作简便,收率高。Example:重要中间体3-奎宁环酮(3-Quinuclidone)3-奎宁环酮是西

9、维美林、盐酸阿扎司琼、美喹他嗪及司奎那定等上述药物的重要中间体。CevimelineAzasetronMequitazineSequifenadineSynthesis of 3-quinuclidone4-哌啶甲酸在三甲基氯硅烷作用下酯化、与溴乙酸乙酯进行N-烷基化反应制得1-乙氧甲酰基甲基哌啶-4-甲酸乙酯，再经Dieckmann反应得3-奎宁环酮，总收率约70。缩合反应缩合反应芳香族亲电取代反应芳香族亲电取代反应 1.2 分子内闭环条件：巴德文规则分子内闭环条件：巴德文规则Baldwins rules for ring closure 巴德文对闭环反应根据三个标准分类：巴德文对闭环反应根

10、据三个标准分类：(i)形成环的大小，形成环的大小，(ii)原子或基团是处在所形成的环之外还是原子或基团是处在所形成的环之外还是构成环系的一部分。构成环系的一部分。(iii)亲电性的碳是四面体的，还是三角形的，亲电性的碳是四面体的，还是三角形的，或者是对角形的。或者是对角形的。1.3 在闭环过程中的迈克加成在闭环过程中的迈克加成鲁宾逊环化鲁宾逊环化(Robinson annulation)1.3 在闭环过程中的迈克加成在闭环过程中的迈克加成迈克尔迈克尔-鲁宾逊加成鲁宾逊加成(Michael-Robinson addition)Thermal michael reaction鲁宾逊环化鲁宾逊环化(

11、Robinson annulation)Robinson-Schoepf 反应甲基乙烯基酮氧化四甲基铵为PTCRobinson-Schoepf 反应Robinson-Schoepf 反应2 也可经间氯过氧苯甲酸氧化得6-氧杂二环 3.1.0 己烷-3-羧酸甲酯(3)，3 经高碘酸氧化后再通过Robinson-Schoepf 反应得4。由3到4还需要1,3-丙酮二羧酸作反应原料。甲磺酸多拉司琼中间体的合成1.4 导致芳香和杂芳香环的环化导致芳香和杂芳香环的环化1.4.1 碳环碳环ExampleExample1.4.2 Heterocyclic rings 杂环杂环反应特点：反应特点：i)在单环化

12、合物的合成中，闭环步骤常常(尽管并非总是)包括碳-杂原子键的形成；ii)如果杂环系统含有二个相邻的杂原子，在闭环步骤中则很少涉及杂原子-杂原子键的形成当亲电基团是-NO或-NO2，氮烯或重氮化基团时例外。iii)如果目标分子是双环结构的，即具有与苯环稠合的杂环，起始原料则几乎总是预先形成的苯的衍生物。A.A.单环化合物单环化合物 含氧杂环含氧杂环含氧杂环含氧杂环Example：氢溴酸达非那新的合成：氢溴酸达非那新的合成选择性毒蕈碱选择性毒蕈碱M3M3受体拮抗剂：氢溴酸达非那新受体拮抗剂：氢溴酸达非那新(Darifenacin hydrobromide)中间体中间体2,3-dihydrobenz

13、ofuran 的合成。的合成。瑞士诺华公司瑞士诺华公司(2005(2005德国首次上市德国首次上市).).治疗小便失禁，尿急，尿频等膀胱活动过度症。治疗小便失禁，尿急，尿频等膀胱活动过度症。2,3-dihydrobenzofuranExample：选择性褪黑激素受体激动剂：雷美替胺选择性褪黑激素受体激动剂：雷美替胺(Ramelteon)中间体的合成中间体的合成。日本武田制药株式会社日本武田制药株式会社(2005(2005美国首次上市美国首次上市)。治疗失眠症。治疗失眠症。5-methylbenzofuranExample：RofecoxibNSAID：罗非昔布：罗非昔布：型环氧化酶(COX-2

14、)抑制剂，用于缓解骨关节炎症状。含硫杂环含硫杂环 含硫、氮的杂环含硫、氮的杂环 Hantzsch thiazole synthesisHTS using the condensation of-haloketones with thioureas or thioamides was established a century ago.It is well-known that during Hantzsch thiazole synthesis an intermediate and/or a cyclic hydroxy isomer is formed hydroxy isomerExam

15、ple:达沙替尼达沙替尼(Dasatinib)酪氨酸蛋白激酶抑制剂：达沙替尼(Dasatinib)商品名称：扑瑞赛(Sprycel)，百时美施贵宝公司（美国，2006）Bcr-Abl和Src强效ATP竞争性抑制剂，纳摩尔浓度显著性抑制Bcr-Abl，Src激酶活性，抑制慢性粒细胞白血病(Chronic myelogenous leukemia,CML)和费城染色体阳性(Ph+)急性淋巴细胞白血病。Alternative intermediate of Dasatinib酪氨酸蛋白激酶抑制剂：达沙替尼(Dasatinib)商品名称：扑瑞赛(Sprycel)，百时美施贵宝公司（美国，2006）含氮

16、杂环含氮杂环：取代吡啶类含氮杂环含氮杂环：取代吡啶类含氮杂环含氮杂环：取代吡唑类乙酰丙酮端基甲基可替换为各种取代基，以合成3,5-二取代吡唑衍生物(Celecoxib)；乙酰丙酮的羰基替换成酯基还可合成吡唑酮衍生物(Edaravone)。Example：西来曲葆的合成：西来曲葆的合成COX-II 抑制剂：抑制剂：西来曲葆西来曲葆(Celecoxib)Celebrex，NSAID.美国美国Pfizer公公司司(1998美国上市美国上市)。Example：依达拉奉：依达拉奉(Edaravone)的合成的合成依达拉奉依达拉奉(Edaravone):Radicut,日本三菱制药公日本三菱制药公司司(M

17、itsubishi-Tokyo pharmaceuticals Inc.)研发。研发。含氮杂环含氮杂环：取代嘧啶类含氮杂环含氮杂环：取代吡咯类恩沙托林恩沙托林(Enzastaurin)开发单位：礼来公司和美国癌症研究所上市国家：美国上市年份：2005年Alternative synthesis of Enzastaurin舒尼替尼舒尼替尼 Sunitinib舒尼替尼(Sunitinib)商品名称：索坦(Sutent)开发单位：辉瑞(Pfizer)公司和Sugen 公司上市国家：美国上市年份：2006年Intermediates of SunitinibExample：氯维地平的合成：氯维地平的

18、合成降压药：氯维地平降压药：氯维地平(Clevidipine butyrate)Cleviprex，二氢吡啶类钙拮抗剂。二氢吡啶类钙拮抗剂。英国英国AstraZeneca公公司司(2008美国美国FDA上市上市)。Example：嘧啶杂环的合成：嘧啶杂环的合成新型抗帕金森病药物：新型抗帕金森病药物：Istradefylline中间体的合中间体的合成，注册前阶段新药。成，注册前阶段新药。日本日本 Kyowa Hakko Kogyo 株式会社。株式会社。选择性腺苷选择性腺苷A2aA2a受体拮抗剂。受体拮抗剂。Example：嘧啶并咪唑环的合成：嘧啶并咪唑环的合成新型抗帕金森病药：新型抗帕金森病药：

19、Istradefylline中间体的合成中间体的合成注册前阶段新药。注册前阶段新药。日本日本 Kyowa Hakko Kogyo 株式会社。株式会社。选择性腺苷选择性腺苷A2aA2a受体拮抗剂。受体拮抗剂。N-甲基化后得：甲基化后得：IstradefyllineExample：三唑杂环的合成：三唑杂环的合成抗癫痫药：卢非酰胺抗癫痫药：卢非酰胺(Rufinamide)中间体的合成中间体的合成瑞士诺华瑞士诺华(Novatis)公司，公司，Banzel 和和Inovelon，别名，别名 Xilep(2007欧盟首次上市欧盟首次上市)。调节钠离子通道活性，延长其非活性状态。调节钠离子通道活性，延长其非

20、活性状态。氨基后得：氨基后得：RufinamideExample:噻吩并吡啶的合成噻吩并吡啶的合成抗血小板聚集药：硫酸氢氯比格雷中间体的合成。抗血小板聚集药：硫酸氢氯比格雷中间体的合成。法国法国Sanofi-Aventi公司公司(1998,美国美国)选择性阻断选择性阻断ADP与血小板受体的结合。动脉粥样与血小板受体的结合。动脉粥样硬化，极性冠状动脉综合症。硬化，极性冠状动脉综合症。4,5,6,7-tetrahydrothieno2,3-cpyridineB.B.苯并稠合化合物苯并稠合化合物两种类型：两种类型：原料通常是邻原料通常是邻-二取代苯，用上面第二取代苯，用上面第A A节所节所概括的各种

21、方法之一来实现闭环；概括的各种方法之一来实现闭环；反应或利用的仅是苯环上的一个取代基，反应或利用的仅是苯环上的一个取代基，闭环则通过亲电的芳香取代，常为傅克反闭环则通过亲电的芳香取代，常为傅克反应或相关类型的反应。应或相关类型的反应。原料是邻原料是邻-二取代苯二取代苯原料是邻原料是邻-二取代苯二取代苯Example抗心绞痛药抗心绞痛药:伊伐布雷定伊伐布雷定(Ivabradine)中间体合成中间体合成法国施维亚法国施维亚(Servier)公司：公司：Procoralan(2005)1,2-dihydro-4,5-dimethoxycyclobutabenzene-1-carbonitrileEx

22、amples:Synthesis of IndazolesExample抗肿瘤药：帕唑帕尼抗肿瘤药：帕唑帕尼(Pazopanib)中间体的合成。中间体的合成。Glaxo Smith Kline:(2009)Example抗老年痴呆药物：他克林抗老年痴呆药物：他克林(Tacrine)的合成。的合成。日本盐野制药株式会社日本盐野制药株式会社:(1994)乙酰胆碱酯酶抑乙酰胆碱酯酶抑制剂制剂Tacrine原料为原料为“单取代的苯环单取代的苯环”1.51.5中环和大环的形成中环和大环的形成形成中环形成中环(8-11(8-11员员)和大环和大环(12-12(12-12员员)必须采用特殊方法，必须采用特殊

23、方法，通过减少分子间反应为代价来促进环化作用。通过减少分子间反应为代价来促进环化作用。技术技术:“高度稀释高度稀释”，即将非环前体物非常缓慢地滴加到，即将非环前体物非常缓慢地滴加到反应介质中，以至于反应物的浓度总是保持在很低的水平反应介质中，以至于反应物的浓度总是保持在很低的水平(常常为常常为10-3M10-3M或更低或更低)；在这种浓度下，发生在分子之间；在这种浓度下，发生在分子之间反应的可能性大大减少。在这样高度稀释的条件下，狄克反应的可能性大大减少。在这样高度稀释的条件下，狄克曼反应和有关酰基化反应将会导致中环和大环化合物，终曼反应和有关酰基化反应将会导致中环和大环化合物，终产率还可以，

24、如：产率还可以，如：具体操作方法：在具体操作方法：在9天内，将酯天内，将酯(1M溶液溶液)逐滴加入到搅拌着的氢化物悬浮液中逐滴加入到搅拌着的氢化物悬浮液中(过量过量2.5倍，约为倍，约为1M)Example在24小时内，将酯(4M溶液)逐滴地加入到碱中(过量4.8倍，也约为4M)索普索普-齐格勒反应齐格勒反应(Thorpe-Ziegler reaction)中间体氰基烯胺(如化合物9)或氰基酮(如化合物10)还可以分离出来 Example高度稀释方法也可用于制备大环酯类化合物高度稀释方法也可用于制备大环酯类化合物(如内如内酯酯)，例如：，例如：在在2天之内，将溴代酸天之内，将溴代酸(0.15m

25、ol/L溶液溶液)加入到碱加入到碱中中(大大过量：约为大大过量：约为0.25mol/L)。2 2环加成反应环加成反应迪尔斯-阿德耳反应最简单形式是由共轭二烯烃和单烯烃(通常与一个-M基团键连)的反应所组成，得到的是环己烯衍生物。周环反应周环反应或对称控制的反应对称控制的反应 前线轨道前线轨道理论：反应被认为是通过一个组分的最高占据分最高占据分子轨道子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital，简称HOMO)和另一个组分的最低最低空分子轨道空分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，简称LUMO)的相互作用而发生的 2.1

26、迪尔斯迪尔斯-阿德耳反应阿德耳反应这个反应过程包括 4-电子体系(二烯)和2-电子体系单烯或往往称为亲二烯体亲二烯体(Dienophile)中间的相互作用，因此，总反应就是4+2-环加成反应。反应对于二烯和亲二烯体两者来说都是立体专一地顺式加成，正如类型14+15或16+17类型的HOMO-LUMO相互作用所预期的那样 产物保留反应物的相对构型产物保留反应物的相对构型 二烯必须采取顺式顺式构象 维生素维生素B6B6中间体的合成中间体的合成 ExampleRubrolone aglycon合成中关键步骤是利用富电子的双烯与亲二烯通过分子内的DA反应合成七元环。反应非立体选择性，产率97%。利用芳

27、香衍生物甲氧基苯酚和碘试剂（如PIDA）合成了六环-2,4-二烯酮。二烯酮迅速异构形成多取代的复杂的三元环片段。芳香族衍生物2,6-二甲氧基-4-烯丙基苯酚与PIDA/甲醇一步反应生成自然产物辛细醚。ExampleE.J.Corey在合成Eunicenone A的空间和立体选择性的步骤中，最关键的一步是路易斯酸催化的分子内DA反应。双烯在5分子的2-溴丙烯醛和0.5分子的对称性噁唑硼烷催化下与二氯甲烷在-70反应48h。反应生成80%的环加成产物，其中97%对应体过量，内外型比例98:2。DA反应会受到官能团中OH键的影响 DAR在江珧毒素在江珧毒素A全合成中的应用全合成中的应用 进行江珧毒素

28、A的逆合分析：通过分子内Diels-Alder反应构造G-环和大环，接着形成亚胺，建立6,7-螺环体系。DAR在在Luotonin A 合成中的应用合成中的应用7.2.2 1,3-Dipolar cylcoadditions 1,3-偶极环加成偶极环加成这种类型的环加成也是一个这种类型的环加成也是一个42的过程的过程.The HOMO(25)and LUMO(26)of such systems can interact with the LUMO(15)and HOMO(17)of a monoene in the same way as in the Diels-Alder reactio

29、n.Examples of 1,3-dipolar cylcoadditionsExamples of 1,3-dipolar cylcoadditionsExamples of 1,3-dipolar cylco additions 7.2.3 Addition of carbenes and nitrenes to alkenes碳烯和氮烯对烯烃的加成碳烯和氮烯对烯烃的加成Carbenes are uncharged electron-deficient carbon species：CR2Among their most characteristic，and synthetically

30、useful，reactions is addition to alkenes to give cyclopropanes.Nitrenes,which are the nitrogen analogues of carbenes,similarly undergo addition to alkenes give aziridines.Examples of carbenes to alkenesExamples of nitrenes to alkenesnitrenesSimmons-Smith reaction从烯烃形成环丙烷类化合物的另一种方法还可以通过西蒙斯西蒙斯-斯密斯反应斯密斯

31、反应.Examples7.37.3电环化闭环电环化闭环如果6个-电子包含在同一分子之内同一分子之内，类似的再分配便可发生在分子内，人们就将这种分子内的周环过程称为电环化电环化(electrocyclic)反应：电环化电环化(Electrocyclic)反应7.47.4 开环反应开环反应 主要用途：主要用途：(i)合成双官能团分子：合成双官能团分子：在开环反应的产物中，被断裂的化学键的每一端在开环反应的产物中，被断裂的化学键的每一端的原子上都带有官能团；开环反应则可以提供一的原子上都带有官能团；开环反应则可以提供一种合成含有双官能团分子的途径，其分子的官能种合成含有双官能团分子的途径，其分子的官

32、能团被几个其他的原子隔开。团被几个其他的原子隔开。(ii)合成大环化合物：合成大环化合物：在一个双环或多环分子中，断裂被两个环所共用在一个双环或多环分子中，断裂被两个环所共用的化学键，可以导致一个中等的或大环的分子的的化学键，可以导致一个中等的或大环的分子的产生，而这些中环和大环分子则很难以用其他方产生，而这些中环和大环分子则很难以用其他方法来制备。法来制备。4.1 水解、溶剂解和其他亲电试剂与亲核试剂的相互作用 7.4.2氧化和还原开环反应氧化和还原开环反应7.4.2氧化和还原开环反应氧化和还原开环反应Example抗老年痴呆药物：他克林抗老年痴呆药物：他克林(Tacrine)中间体的合成。

33、中间体的合成。日本盐野制药株式会社日本盐野制药株式会社:(1994)乙酰胆碱酯酶抑乙酰胆碱酯酶抑制剂。制剂。2-Aminobenzonitrile7.4.3周环开环反应周环开环反应逆迪尔斯逆迪尔斯-阿德耳反应阿德耳反应(retro-Diels-Alder reaction)科普重排科普重排(Cope rearrangement)用于合成大环化合物用于合成大环化合物氧化-科普科普”重排(oxy-Coperearrangement)7.6 实例实例实例7.1 2,3-二甲基环戊二甲基环戊-2-烯酮烯酮(50)7.6 实例实例实例实例7.2 4-甲氧基环己基甲氧基环己基-1,4-二烯醛二烯醛(51)7.6 实例实例2-甲基苯并噁唑甲基苯并噁唑(52)逆向合成分析逆向合成分析苯并噁唑的合成方法苯并噁唑的合成方法2,9-二氮杂菲二氮杂菲(53)(i)可以将产物看作异喹啉，从而可以采用标准的异喹啉合成法来合成该化合物；(ii)产物还可以被看成是菲的衍生物，因而可以运用标准的菲合成法来合成该化合物。