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逆合成分析
來源:互聯網

逆合成分析法(retrosynthetic analysis)又稱切斷法(the disconnection approach),是有機合成路線設計的最基本、最常用的方法。逆合成分析法是一種可逆向的邏輯思維方法,從剖析目標分子的化學結構入手,根據分子中各原子間連接方式(化學鍵)的特征,綜合運用有機化學反應方法和反應機制的知識,選擇合適的化學鍵進行切斷,將目標分子轉化成一些稍小的中間體;再以這些中間體作為新的目標分子,將其切斷成更小的中間體;依次類推,直到找到可以方便購得的起始材料為止。是從合成產物的分子結構入手,采用“切斷一種化學鍵”分析法,來得到所需合成原料(合成子)的方法。

簡介

英文名“Retrosynthesis Analysis”,將目標化合物倒退一步尋找上協同反應的中間體,該中間體同輔助原料反應可以得到目標化合物。

歷史

逆合成分析法是當今有機合成化學的重要手段之一,于20世紀60年代由哈佛大學教授E. J. Corey提出,Corey教授因此獲得了1990年諾貝爾化學獎艾里亞斯·科里為逆合成分析法做出很大貢獻,著有《化學合成的邏輯》一書。

方法

逆合成分析法從合成產物的分子結構入手,采用“切斷一種化學鍵”分析法,這種方法就是將分子的一個鍵切斷,使分子轉變為一種可能得到的的原料的方法。合成子是在切斷化學鍵時得到的分子碎片,通常是個離子。這樣就獲得了不太復雜的可以在合成過程中加以裝配的結構單元。其中,最主要的便是切斷(Disconnection)和合成子(Synthon)兩個概念。拆解涉及目標分子斷鍵,生成兩個(或更多)合成子的步驟。反合成子逆合成分析中考慮的合成子,是確保特定轉化可以進行的最小亞結構。逆合成路線圖含有多條(或所有)目標分子逆合成路線的有向非循環圖。

作用

這一分析方法的提出,有效促進了計算機輔助有機合成的發展。計算機設計合成路線與實驗室的實驗過程正好相反,實驗室合成是從原料到產品,而計算機設計的則是從產品目標分子尋找原料合成子稱反向尋查法,通過多次的反向尋查找出構成的合成子。

策略

科里根據他的有機合成經驗,將有關有機合成設計的策略分為5個方面,稱為“五大策略”。即:

1. 基于官能團的策略:根據目標分子所含有的官能團,選擇恰當的合成路線將分子拆解。

2. 立體化學的策略:在拆解含立體中心的目標分子時,考慮立體的關聯性,逐個去除立體中心,并要注意立體選擇性反應如克萊森重排反應光延反應的使用。

3. 基于結構目標的策略:從目標分子的結構出發,考慮引向有效的前體及起始物。可以比較多條逆合成路線,并從其中選出最佳;也可進行雙向探索,即從目標和已有原料同時出發推導某中間體。

4. 基于轉化方式的策略:盡管轉化方式的應用對減小“分子復雜性”十分有效,但復雜分子中有效的轉化反合成子十分少見,常需要通過附加步驟來合成它們。

5. 拓撲學的策略:抓住一個或多個關鍵的鍵結方式分析,確定較合適的斷鍵位置,且要特別注意任何重排反應的特征。此外還要注意以下兩點:

- 盡量保持環結構。

- 避免大環(大于7元)的合成。

在從復雜的目標分子出發,逐步推出最佳起始物和合成路線的時候,往往要考慮以下三個因素:

1. 要有合適且合理的反應方法和反應機理作保證;

2. 原料要簡單易得;

3. 合成路線盡可能簡化,且總產率越高越好。

例子

以下是一個逆合成分析的例子:

在設計苯乙酸的合成時可發現兩個合成子:一個親核的“?COOH”基及一個親電的“PhCH2+”基團。顯然它們本質上都是不存在的,需要通過合成子等價物來合成它們。此例中氰化物是?COOH合成子的等價物,而溴化芐則是芐基陽離子合成子的等價物。

因此通過逆合成分析,得到的苯乙酸合成路線為:

PhCH2Br + NaCN → PhCH2CN + NaBr

PhCH2CN + 2 H2O → PhCH2COOH + NH3

參考資料 >

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