逆合成分析

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逆合成分析,也称作逆合成法反合成分析,是解决有机合成路线的重要方法,也是有机合成路线设计的最简单、最基本的方法。其实质是目标分子的分拆,通过分析目标分子结构,逐步将其拆解为更简单、更容易合成的前体和原料,从而完成路线的设计。艾里亚斯·詹姆斯·科里为逆合成分析法做出很大贡献,著有《化学合成的逻辑》一书,[1][2][3] 也因此获得了1990年的诺贝尔化学奖

在从复杂的目标分子出发,逐步推出最佳起始物和合成路线的时候,往往要考虑以下三个因素:

  • 要有合适且合理的反应方法和反应机理作保证;
  • 原料要简单易得;
  • 合成路线尽可能简化,且总产率越高越好。

定义[编辑]

拆解
涉及目标分子断键,生成两个(或更多)合成子的步骤。
反合成子
逆合成分析中考虑的合成子,是确保特定转化可以进行的最小亚结构。
逆合成路线图
含有多条(或所有)目标分子逆合成路线的有向非循环图
合成子
合成反应中的基本单位,可看作分子拆开后在有机合成中确实有效的碎片。科里给出的定义为:“凡是能用已知的,或合理的操作连接成分子的结构单元均称为合成子”。例如下列合成子就是一个有效的碎片:
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目标分子
需要合成的化合物。
起始物
相对简单易得的原料物质。
转化
由产物推出起始物的过程,是合成反应的逆过程。

逆合成最重要的就是:切断

例子[编辑]

以下是一个逆合成分析的例子:

苯乙酸的逆合成分析

在设计苯乙酸的合成时可发现两个合成子:一个亲核的“COOH”基及一个亲电的“PhCH2+”基团。显然它们本质上都是不存在的,需要通过合成子等价物来合成它们。此例中氰离子COOH合成子的等价物,而溴化苄则是苄基阳离子合成子的等价物。

因此通过逆合成分析,得到的苯乙酸合成路线为:

  1. PhCH2Br + NaCN → PhCH2CN + NaBr
  2. PhCH2CN + 2 H2O → PhCH2COOH + NH3
逆合成分析后的苯乙酸合成

策略[编辑]

科里根据他的有机合成经验,将有关有机合成设计的策略分为5个方面,称为“五大策略”。即:

基于官能团的策略

根据目标分子所含有的官能团,选择恰当的合成路线将分子拆解。

立体化学的策略

在拆解含立体中心的目标分子时,考虑立体的关联性,逐个去除立体中心,并要注意立体选择性反应如克莱森重排反应光延反應的使用。

基于结构目标的策略

从目标分子的结构出发,考虑引向有效的前体及起始物。可以比较多条逆合成路线,并从其中选出最佳;也可进行双向探索,即从目标和已有原料同时出发推导某中间体。

基于转化方式的策略

尽管转化方式的应用对减小“分子复杂性”十分有效,但复杂分子中有效的转化反合成子十分少见,常需要通过附加步骤来合成它们。

拓扑学的策略

抓住一个或多个关键的键结方式分析,确定较合适的断键位置,且要特别注意任何重排反应的特征。此外还要注意以下两点:

  • 尽量保持环结构。
  • 避免大环化合物(大于7元)的合成。

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ E. J. Corey, X-M. Cheng. The Logic of Chemical Synthesis. New York: Wiley. 1995. ISBN 0-471-11594-0. 
  2. ^ E. J. Corey. Retrosynthetic Thinking - Essentials and Examples. Chem. Soc. Rev. 1988, 17: 111–133. doi:10.1039/CS9881700111. 
  3. ^ E. J. Corey. The Logic of Chemical Synthesis: Multistep Synthesis of Complex Carbogenic Molecules (Nobel Lecture) (Reprint). Angewandte Chemie International Edition in English. 1991, 30 (5): 455–465. doi:10.1002/anie.199104553. 

延伸阅读[编辑]

  • 巨勇,席婵娟,赵国辉编著。《有机合成化学与路线设计》第二版。北京:清华大学出版社,2007年。ISBN 978-7-302-15095-4

外部链接[编辑]