药物合成反应习题 第一章 卤化反应

1、药物合成反应药物合成反应Organic Reaction for Drug Synthesis 药物合成反应是药学专业、制药工程专业的专业基础必修课.绪论 一、药物合成课程的目的一、药物合成课程的目的二、药物合成的发展趋势与新技术二、药物合成的发展趋势与新技术三、药物合成反应课程教授内容三、药物合成反应课程教授内容四、药物合成反应课程的学习方法四、药物合成反应课程的学习方法五、药物合成反应授课的要求和安排五、药物合成反应授课的要求和安排一、药物合成反应课程的目的 使学生在学习有关基础课程后能系统地掌握药物制备中重要的有机合成反应和合成设计原理，培养学生在实际药物合成工作中设计、分析问题和解决问

2、题的能力。 二、药物合成的发展趋势与新技术二、药物合成的发展趋势与新技术 1.药物合成实现绿色化生产。 2.微生物转化应用于药物合成，许多难以用化学方法实现的反应得以顺利进行。 3.半合成药物技术得到广泛的应用。 4.利用不对称合成、区域控制和立体选择性控制等技术制备手性药物。 5.药物合成技术与生物技术相结合实现仿生合成。三、药物合成反应课程教授内容和特点第一章 卤化反应、第二章 烃化反应、第三章 酰化反应、第四章 缩合反应、第五章 重排反应、第六章 氧化反应第七章 还原反应第八章 药物合成设计原理。（一）各单元反应的特点1具有较高的选择性具有较高的选择性 2导向基（定位基）的应用广泛导向基

3、（定位基）的应用广泛 3所用原料、试剂种类多所用原料、试剂种类多 1.具有较高的选择性具有较高的选择性 （1）化学选择性）化学选择性 （2）区域选择性）区域选择性 （3）立体选择性）立体选择性（1）化学选择性化学选择性 定义：是一种区别基团的反应选择性，指反应试剂对不同官能团或处于不同化学环境的相同官能团的选择性反应。 ClCH2CH2CH(CH2)4CH2OHOHClCH2CH2CH(CH2)4COOC2H5OHLiAlH4/Et2ONaBH4/EtOHClCH2CH2C(CH2)4COOC2H5O(1)OHCHOr.t.CrO3/Py/CH2Cl2OHOH(2)（2）区域选择性区域选择性定

4、义：是指试剂对底物分子中两种不同位的进攻，从而生成不同产物的情况。（3）立体选择性）立体选择性 立体选择性是指在给定的条件下，产物为唯一的立体异构体或某种占优势的立体异构体为主。 MeHOMeBrBrHOMeClClHOBr2Cl22.导向基导向基(定位基）的广泛应用定位基）的广泛应用（1）活化导向基（2）钝化导向基（3）阻断基（4）保护基（1）活化导向基 导向基的引入使分子的某一部位变得比其他部位更容易发生反应，即此时导向基所起的作用是活化和定位导向双重作用。2. H3PO41. NaNO2/HCl, 05BrBrBrBr2/H2OFe/HClNH2NH2BrBrBrNO2HNO2H2SO4

5、/55（2）钝化导向基 与活化导向基相反，钝化导向基起钝化官能团的作用，使反应停留在某一阶段。 NH2(CH3CO)2ONHCOCH3Br2NHCOCH3BrH2ONH2Br（3）阻断基 阻断基的引入使反应物分子中某一活性部位被封闭，让分子中其他活性低的部位发生反应并顺利引入所需的基团，等目的达到后再除去阻断基。NO2NH2H2O/HNHCOCH3SO3HNO2H2SO498%HNO3/H2SO4NHCOCH3SO3HNHCOCH3(CH3CO)2ONH2（4）保护基 在多官能团化合物的合成中，为了保护某些官能团而引入的基团叫保护基 。 保护基是药物合成过程中应用最为广泛的导向基。3.药物合成

6、反应的分类与试剂的分类药物合成反应的分类与试剂的分类(1).药物合成反应的分类药物合成反应的分类(2).反应试剂的分类反应试剂的分类(1).药物合成反应的分类药物合成反应的分类按新键的形成分类按新键的形成分类 分为分为:碳 碳键形成;碳卤键形成;碳氮键形成;碳杂键形成等反应类型。(1).药物合成反应的分类药物合成反应的分类按反应机理分类分为按反应机理分类分为: 亲电取代、 亲电加成、 亲核取代、 亲核加成、 自由基等反应类型。(1).药物合成反应的分类药物合成反应的分类按官能团的演变规律分类按官能团的演变规律分类 : 根据引入的根据引入的原子或基团的不同分为原子或基团的不同分为:卤化、烃化、酰

7、化、缩合、氧化、还原、重排等反应类型。 (2)反应试剂的分类反应试剂的分类（1）亲电试剂亲电试剂 具有较高的活性能从作用物得到电子而形成共价键的试剂 。 有三类：正离子如C+、Cl+、Br+、I+、NO2+等；可接收孤对电子的分子如Lewis酸；羰基碳原子等。(2)反应试剂的分类反应试剂的分类 亲核试剂亲核试剂 在反应过程中，提供电子与作用物形成共价键的试剂。有三类： 负离子如Cl，OH，RO，NH2等； 具有孤对电子的分子如H2O， ROH，RNH2等； 具有电子的烯键、芳烃等(2)反应试剂的分类反应试剂的分类 自由基试剂自由基试剂 由共价键均裂所产生的带有独电子的中性基团四、药物合成反应课

8、程的学习方法1 掌握重要药物合成反应、反应的影响因素，如作用物和试剂活性，主要反应条件，反应的选择性等及其药物合成的应用，并了解其反应机理。NO2ClOCNO2CHOH2/Pd-BaSO4喹啉-硫/二甲苯四、药物合成反应课程的学习方法2 掌握重要人名反应在药物合成中的应用。Delepine反应NNNNNNNN+ RX环 六 亚 甲 基 四 胺 （ 乌 洛 托 品 ）RX四、药物合成反应课程的学习方法3. 了解一些新试剂，新反应的特点、应用范围，并与类似反应进行比较.4.课后要做练习;5.重视药物合成实验提高自己的动手能力。五.药物合成反应授课的要求和安排 课堂讲授为主、自学为辅。课堂上的重点突

9、出，讲解主要内容及难点，因课时有限，有部分内容要求同学自学。 课前要预习. 讨论与练习1.学好本课程对从事药物及其中间体合成工作有何意义？2.药物合成反应有哪些特点？应如何学习和掌握？3.什么是导向基？具体包括哪些类型？举例说明。4.查阅报道药物合成领域的新技术及发展动态资料？ 第一章第一章 卤化反应卤化反应Halogenation Reaction 定义：定义：有机化合物分子中引入有机化合物分子中引入卤素原子卤素原子(X)的反应称卤的反应称卤化反应。化反应。用途：用途： 作为特定活性化合物；作为特定活性化合物； 作官能团转化的中间体；作官能团转化的中间体； 卤原子作为保护剂、阻断剂；卤原子作

10、为保护剂、阻断剂；甲苯磺丁脲甲苯磺丁脲 t1/2 5.7hr氯苯磺丙脲氯苯磺丙脲 t1/2 33hrClSO2NHCONH(CH2)2CH3H3CSO2NHCONH(CH2)3CH35-氟尿嘧啶氟尿嘧啶诺氟沙星诺氟沙星HNNHOOFNEtCOOHONHNF溴苯那敏溴苯那敏胺碘酮胺碘酮NCHCH2CH2NMe2BrOCOC4H9IIOCH2CH2NC2H5C2H5如：制备药物中间体如：制备药物中间体 糖皮质激素糖皮质激素醋酸可的松醋酸可的松OCH3C OOHOCH2IC OOHOCH2OCCH3C OOHI2/CaOCH3OH /CaCl2OCH3COOKDMF第一节 卤化反应机理 一、电子反应

11、机理 1、亲电反应 2、亲核反应 二、自由基反应机理 1、自由基加成 2、自由基取代第二节第二节 不饱和烃的卤加成反应不饱和烃的卤加成反应 一、不饱和烃加卤素一、不饱和烃加卤素 1 X2对烯烃的加成 F CI Br I F与不饱和烃反应太剧烈CCCCXXX21 X2对烯烃的加成CH2=CH2 + Br2 BrCH2CH2Br + CI2 CICH2CH2CI + I2 ICH2CH2I (I2太贵，需用I2时,，用NaI发生置换反应) 机理：亲电加成,自由基机理溶媒：CH2CI2 CHCI3 CCI4 CS2亲电加成机理：1.极化的卤素带正电的部分先与烯烃加成，生成正离子中间体。2.根据卤素的

12、种类和烯烃的结构，中间体可以是经典的正碳离子，也可以是卤桥正离子。反应机理可表示如下：机理 解释以下几种烯烃溴化相对速率与取代基数目和位置的关系烯烃相对速率水合溴化CH3CH=CH211Z-CH3CH=CHCH31.6843E- CH3CH=CHCH30.7128(CH3)2C=CHCH343432131(CH3)2C=C(CH3)2690929508反应活性 1XC CHBr CH3H Br+XC C CH3Br HH Br25Br2/CCl4XHHCH3立体化学问题CH3HCH3H+Br2BrCH3HCH3H+ Br(a)(b)(a)(b)CH3HCH3HBrBrCH3HCH3HBrBrC

13、H3HBrBrHCH3CH3BrHHBrCH3XC CHBr CH3H Br+XC C CH3Br HH Br25Br2/CCl4XHHCH3X=H 88% 12%X=OCH3 63% 37%思考题：为什么X为OCH3时同向加成的比例增加? 同向加成的比例增加意味着中间体的结构由溴桥离子转化为经典的正碳离子。这是因为OCH3基团是一个强供电基，有利于通过诱导和共轭效应稳定正碳离子。 在经典的正碳离子中，正电荷更加集中于与苯环相联的碳上，OCH3基团的稳定化作用更强，而在溴桥离子中，正电荷分散于三个原子上，不利于OCH3基团稳定化作用的最大发挥。因此，当X由H变为OCH3基团时，反应经由经典正碳

14、离子中间体的可能性增加。用共振理论可表示为：CH3HHHBrCH3HHCH3OBrCH3HHCH3OBr立体化学问题（位阻）Cl2ClHHClClHHCl+Br2BrHHBrBrHBrH+与 Cl2加 成 产 物 同 向 加 成 ,因 为 Cl不 易 形 成 桥 环立体化学问题（位阻）MeHOMeBrBrHOMeClClHOBr2Cl2MeHOC16H30Br2/AcOHAcONa/Et2OHOHBrMeBr20-25HOHMeBrBrC16H30(8485%)在亲核性的溶剂中进行LiCl添加+ CH3CH CH C2H5ClOCOCH3CH3CH CH C2H5OCOCH3ClCH3CH C

15、H C2H5ClClCl2/CH3CO2H25。C CH3CHC2H5H+2、卤素对炔加成 得反式二卤烯烃C-CH3CphC-CH3CphCCphC-CH2OHCBrBrClClCH3Br2LiBrCl2CCIHCH2OHII2二、不饱和酸卤内酯反应二、不饱和酸卤内酯反应CH2COOHOOII2/KI/NaHCO3CCOCHHPhBr2BrPhOOOH第 二 步三、不饱和烃和次卤酸（酯），三、不饱和烃和次卤酸（酯），N-卤代酰胺的反应卤代酰胺的反应机机 理理C CR1R3R2R4C CR1R3R2R4C CR1R3R2R4OHXOHXX-OHHClOHBrOCl-OHBr-OH实例RROHCl

16、RClOHHOCl+Ar-CH CH2COClHClO水 中(有机 溶剂 中)AcOH收 率 较 低Ar-CH-CH2 70%Ar-CH - CH2OH -Cl+ClOH实例OEtOt-BuOCl/ROHOEtOClROHOEtOClOROOOROHBrHOBrPh-CH=CH2Ph-CH - CH2OHBrNBAN-N-卤代酰胺的反应卤代酰胺的反应 NBS 英文名称：N-Bromosuccinimide 别名：N-溴代琥珀酰亚胺。 NBA N-溴代乙酰胺 NCA N-氯代乙酰胺 NCS N-氯代琥拨酰亚胺机理C CXNuC CNuXNu=H2O, ROH, DMSO, DMFCCR COHN

17、H XDalton反应反应CCR1HR2HO SMe2BrO SMeMeCCR1HR2HBrNBS/DMSOCCR1HR2HDalton反应反应CCR1HR2BrOCCR1HR2BrHOHH2O(在干燥DMSO中)-消除四四.卤化氢对不饱和烃的加成反应卤化氢对不饱和烃的加成反应1. HX对烯烃的加成CCR1R2R4R3CCR1R2R4R3HXCCR1R2R4R3XHHX+CH3-CH =CH2CH2-CH CH3ClH Cl只有H Br有 反马氏规则Ph-CH=CH2HBrHBrH2O2或光照Ph-C-CH3Ph-CH2CH2BrBr反马氏规则机理CCR1R2R3R4H+CCR1R2R3R4H

18、NuNuCCR1R2R3R4NuCCR1R2R3R4NuHH反向同向反马氏规则机理HBrHBr光+C CBrRRHH+C CRRHHBrC CRHHHBrBrHHBr2.HX对炔烃得加成 CH2-CCHHClH3CCCH2Cl五、硼烷的加成五、硼烷的加成CH3-CH=CH2BH3(CH3-CH2-CH2)3BBr2/CH3ONaCH3CH2CH2Br反马氏产物五、硼烷的加成五、硼烷的加成C6H13C CHOBHO70,2hCCC6H13HHOBO25,2hCCC6H13HHB(OH)2CCC6H13HHI90%I2/NaOH/H2OEt2O/0H2O本节要点思考题1 卤化反应在有机合成中的应用

19、？为什么常用一些卤代物作为反应中间体？2 归纳一下常用的氯化剂、溴化剂都有哪些？它们的主要理化性质及应用范围？第三节第三节 烃类的卤代反应烃类的卤代反应一、脂肪烃的卤取代反应一、脂肪烃的卤取代反应饱和烃饱和烃: :C2H6 BrC2H5 BrCH2CH2Br Br2CHCH2BrCH4 CH3Cl(g) CH2Cl2 CHCl3 CCl4不饱和烃ArCCHI2/NaOHArCCArCCHII- HII 烯丙位烯丙位 苄苄 位位CH2=CH-CH3CH2=CH-CH2BrNBSAr-CH3Ar-CH2BrNBS机理（自由基机理（自由基) )NOOXNOOX+hor过氧化物NOOXX+CH3-CH

20、=CH-RCH2-CH=CH2-RHXXCH2-CH=CH-R+例例CH3(CH2)3CH=CH-CH3CH3-(CH2)2-CH-CHBrNBS/(PhCO)2O2CCl4/ , 2hCHCH3HCCH3CHCHBrCHCHClNBSNCS/例CH3CH2BrNBSNCSCH2ClCH2CH2CH3CHCH2CH3NBSBr例NCH3NCH2ClNCH2BrNBSNCS+CH2CH2COOHCHCH2COOHBrNBS应用 1、合成脂肪族羧酸Ar-CH3Ar-CBr3Ar-COOH3Br2水 解应用2、合成芳醛：CH3CH3CHBr2CHBr2CHOCHO4Br2/光水 解二、芳烃卤代反应（

21、亲电取代）二、芳烃卤代反应（亲电取代） 机理：+ E+E慢-络 合 物HEE+ H+-络 合 物快HHXX-H+X+-X-络合物例Cl2/FeClCH3+CH3CH3ClCH3ClCH3CH3BrClBr+2molBr2/Fe+例1molBr2/CS2OHOHBr0 COHBrBrBrH2O3Br2H2O2Br22Br2/Bu-NH2-70 COHBrBrOHBrBrOHOHOH例OHOHBrBr2/CS2CH3CH3OHOHCH3Br2CH3Br例NH2NH2BrNBS/DMFNO2NO2Br2/FeNO2ClBrNH2ClCF3SO2OClHNO2FKF例CH3NO2COOHNNNOBrB

22、rOHONNNOBrHOHOCH3NO2COOHBr浓 H2SO4+NNBr2/H2SO4BrNNAcOH2025NH2Br2BrNH2例NH2NO2NH2NO2II2/Hg(OAc)2本节要点第四节第四节 羰基化合物的卤代反应羰基化合物的卤代反应 羰基化合物羰基化合物CORR特点CCOHBCCOBHCCOCCOCCC等于COOHCOOHCOCHCOCH羰基特点: 之一为亲核加成提供场所 之二增加了连在碳上的氢原子的酸性 所以由此 而引发出一系列的反应一、醛酮一、醛酮-位氢的卤代反应位氢的卤代反应 1 1 酮酮-H -H 卤代反应卤代反应 亲电取代反应亲电取代反应酸催化机理CCHOH快CC H

23、HO HBC H C H2O HX -XB慢CCXOX2快酸催化机理碱催化机理CCHOOH慢CCOCCXOX2快碱催化机理OHO2NC-CH3OO2NC-CH2BrOHBrBr2+氯霉素的制备OCH3OCH3BrBr2OCH3OCH3ClSO2Cl21,3-二羰基化合物C CH2CCH3H3COOC CHCCH3H3COOClCF3SO2ClEt3N溴对酮的加成C CH2CH2CH3H2COHCCHCH2CH3H3COHC CH2CH2CH3BrH2COC CH2CH2CH3H2COHBrBrHBr-Br2C CH2CH2CH3BrH2COC CHCH2CH3H3COBr+(1.5%)(58%

24、)-羰基自由基取代游离基反应促进剂，选择性地对烷基游离基反应促进剂，选择性地对烷基取代较多的取代较多的-H-H进行溴代进行溴代O-羰基自由基取代OCCORHRR+Br2+CCORBrRR光Br22Br光O+HBrOHBr选择性溴化剂四溴环己二烯酮四溴环己二烯酮（不发生双键加成反应）不发生双键加成反应）OOBrBrBrBrOOHBrBrBrBr+Br+(选择性溴化试剂)选择性溴化剂OOOOBrBrCH3CH3OBrCH3OCH3OCH-ArOCH-ArBr(选择性溴化试剂)5,5-二溴代-2,2-二甲基-4,6二羰基-1,3-二恶烷 2. 醛醛 -H 卤代反应卤代反应二、烯醇和烯胺衍生物的卤化反

25、应二、烯醇和烯胺衍生物的卤化反应 1 1 烯醇酯的卤化反应烯醇酯的卤化反应OAcNBSOBrAcOOAcH2CAcOOBrH2CNBS2 烯醇硅烷醚卤化反应烯醇硅烷醚卤化反应OSiCH3CH3CH3ClSiCH3CH3CH3O+Et3NClSiCH3CH3ClSiClSi Ar2CH332 烯醇硅烷醚卤化反应烯醇硅烷醚卤化反应OSiOBrBr2CCH3BuH2COCCH2BuH2COCCBuHCH3OSiSi+CCH2BrBuH2COCCH3BuHCOBr+Br2-78机理例CHOClSiCOSiHCHOBrBr2等摩尔OSiI2/AcOAgOI3.烯胺卤化烯胺卤化OH3CH3CNNOH3CN

26、HONHororH3COCH3BrNH3CNBr-60H3CBrO室 温3.烯胺卤化烯胺卤化OCH3N-78OCH3ClCH3ClCCCl3CCl3O+90%9%三、羧酸三、羧酸-H卤代反应卤代反应CH2COOHRCHCOOHRXCH COO HC C-BrOBr2/PPH3CH3CBrC COBrO CCO OHBrOHCF3COOHHCl本节要点2.烯醇酯、烯胺的卤化反应。第五节第五节 醇酚醚的卤素置换反应醇酚醚的卤素置换反应 一、醇的卤置换反应一、醇的卤置换反应 1 与与 HX反应反应HIHBrHClHFROHRXHX一、醇的卤置换反应一、醇的卤置换反应 叔仲伯叔仲伯CH3-CH2-OH

27、CH3CH2BrHBr1 1 与与 HXHX反应反应CH3(CH2)2-CH2OHCH3(CH2)CH2ClHClZnCl2浓HCl-ZnCl2 Lucas试剂HBrCH3-CH=CH-CH2OHCH3CH=CH-CH2BrCH3-CH-CH=CH2Br+2 与氯化亚砜的反应与氯化亚砜的反应2 与氯化亚砜的反应与氯化亚砜的反应CH3-CH=CH-CH2OHCH3CH-CH=CH3CH3-CH=CH-CH2Cl+0.7 molSOCl2/Et2O5.6 molSOCl2/Et2OCl76%24%99%1%oCH2OHCH2CloSOCl2Py3 与卤代磷反应与卤代磷反应R -O HPX3R O

28、P XXR -XH PXXOH X+例CH3CH2CH2OHCH3CH2CH2ClPCl3PCl3(C3H7O)3P 亚磷三丙酯NBr2P(Ar)3:Br2P(Ar)3OOHOBrPh3P催化卤化机理催化卤化机理 优点：反应条件温和优点：反应条件温和(PhO)(PhO)3 3PICHPICH3 3催化碘化机理：催化碘化机理： P由三价变为五价，此催化剂往往由三价变为五价，此催化剂往往得构型反转产物得构型反转产物(Ph3O)3PICH3(Ph3O)3PCH3X +ROH(PhO)2P-OR + PhOHRIH3CPOIOPhOPh+第四节第四节 醇酚醚的卤素置换反应醇酚醚的卤素置换反应4 与其它

29、卤化剂与其它卤化剂选择性的卤化苄位与烯丙位选择性的卤化苄位与烯丙位-OHN-ClCH3-S-CH3Ar-C-CH2CH2OHOHNCS CH3SCH3Ar-C-CH2CH2OHCl例NCS CH3SCH3HOOHClOHN CS CH3SC H3H3CHCH2O HHOH2CH2CH3CHCH2ClH OH2CH2C4.其它卤化剂oNClEtBF42-氯 代 -3乙 基 苯 并 唑 四 氟 硼 酸 盐例oNClEtBF4COOMeOSiR3HOHOCOOMeOSiR3BrBr构型反转Et4N+Br-/CH2Cl2第五节第五节 醇酚醚的卤素置换反应醇酚醚的卤素置换反应二、醚的卤置换反应二、醚的卤

30、置换反应CH3CH2OCH2CH3 难断，直链醚很难发生此反应难断，直链醚很难发生此反应二、醚的卤置换反应二、醚的卤置换反应OHIH3PO4ICH2CH2CH2CH2IOHBr/ H2SO4BrCH2CH2CH2CH2BrBrCH2CH2CH2CH2OH计算量HBrHBr/ H2SO4OKIH3PO4I(CH2)5IBr(CH2)5BrHBrPhOCH3PhOH+CH3BrPhOH+CH3BrPhOH+CH3IPhOH+CH3SEtBBr3(CH3)3SiIEtSNa第六节第六节 羧酸的卤置换反应羧酸的卤置换反应 1 1 和卤化磷、卤化亚砜的反应和卤化磷、卤化亚砜的反应R可为脂肪烃也可为芳香烃，脂肪烃更易反应可为脂肪烃也可为芳香烃，脂肪烃更易反应 RCOOHPXn(n=35)RCOX四、羧酸的卤置换四、羧酸的卤置换卤化剂：卤化剂：PX3, PX5, POX3,SOX2活性：脂肪羧酸活性：脂肪羧酸芳香羧酸芳香羧酸 芳香羧酸：推电子取代基芳香羧酸：推电子取代基无取代无取代 吸电子取代基吸电子取代基R C OHOR CXO卤化剂 PCl5活性大，适用于吸电子基芳酸活性大，适用于吸电子基芳酸 PBr3/PCl3活性较小，一般用于脂肪羧酸活性较小，一般用于脂肪羧酸O2NCOCl,