药物合成反应第二章烃化反应.ppt
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1、第二章 烃化反应 Alkylation Reaction,烃化反应,定义:用烃基取代有机物分子中的氢原子,包括某些官能团(如羟基、氨基、巯基等)或碳架上的氢原子,得到烃化产物的反应均称为烃化反应。即:有机物分子中C、N、O上的H被烃基取代的反应.烃基:饱和、不饱和,脂肪、芳香、含有各种取代基的烃基,分类:,被烃化物+烃化剂,产物,R-OH(ROH,ArOH),-OH中O上烃化,形成-OR醚;R-NH2(NH3)-NH2中N上烃化,形成伯、仲、叔胺;R-C 活泼亚甲基(-CH2-),芳烃(Ar-H),C上烃化。,1)按形成键的形式分类,分类 2)按烃化剂的种类分类,卤代烷:RX 最常用硫酸酯、磺
2、酸酯 醇 烯烃 环氧烃:发生羟乙基化 CH2N2:很好的重氮化试剂,分类 3)按反应历程分类,SN1 SN2 亲电取代,形成 O-C,N-C和C-C键,合成中间体及药物。,1、制备特定活性化合物,在药物合成中的应用,丁卡因药效为普鲁卡因的10倍,2、制备官能团转化的中间体,3、作为保护基、阻断基等,反应类型:亲核取代反应 亲电取代反应,第一节 烃化反应机理,杂原子的亲核取代反应,碳负离子的亲核取代反应,芳烃亲电取代反应,一、亲核取代反应1.杂原子的亲核取代反应(1)O原子的亲核取代反应 醇的O-烃化反应 SN2:,烃化剂烷基为伯烷基时,反应按SN2历程 L可以是卤素、芳基磺酰氧基、三氟甲磺酰氧
3、基等,SN1:,烃化剂烷基为叔烷基、烯丙基、苄基时,反应按SN1历程,环氧化物按SN2历程,烯烃按SN2历程只有烯烃双键连有吸电子基时,才能发生反应,酚的O-烃化反应,酚的酸性比醇强,反应更容易进行 反应按SN2历程 RL可以是卤代烃、硫酸酯、磺酸酯等,(2)N原子的亲核取代反应,胺基比羟基更容易进行烃化反应 反应按SN2历程 脂肪胺比芳香胺更易发生烃化反应,2.碳负离子的亲核取代反应,被烃化物可以是炔基、格氏试剂、活泼亚甲基 烃化剂可以是卤代烃、硫酸酯、磺酸酯等 反应按SN2历程,二、亲电取代反应芳烃的烃化反应傅克烃化反应,催化剂烃化剂可以是卤代烃、烯、醇、醚、酯等,醇的O-烃化 酚的O-烃
4、化,卤代烃硫酸二甲酯重氮甲烷DCC/醇烷氧鏻盐,卤代烃芳基磺酸酯环氧乙烷烯烃其他,第二节 氧原子上的烃化反应,一、醇的O-烃化,(1)反应通式Williamson 醚合成法:醇在碱的条件下与卤代烷生成醚。,1.卤代烃为烃化剂,(2)反应机理 亲核取代反应 SN1:,SN2:,伯卤代烷RCH2X按SN2历程 随着与X相连的C的取代基数目的增加越趋向SN1,(3)影响因素 a.醇结构的影响 醇活性一般较弱,不易与卤代烃反应。醇的烃化反应需要加入碱金属或氢氧化钠、氢氧化钾以生成亲核试剂RO-才能够进行。,b.卤代烃结构的影响,从极化度来看,原子半径IBrCl。I的价电子离原子核最远,核对它的束缚力最
5、弱,最易被极化,在反应瞬间,可极化性的次序是IBrCl。,c.反应溶剂的影响溶剂:过量醇(既是反应物又是溶剂)非质子溶剂:苯、甲苯(Tol)、二甲苯(xylene)、DMF、DMSO无水条件下质子性溶剂:有助于R-CH2X 解离,但是与RO-易发生溶剂化,因此通常不用质子性溶剂,(4)应用特点a.二苯甲基醚的制备,b.改进的Williamson反应,c.二叔丁醚的制备 叔丁醇钾是强碱,位阻大,不能对卤代叔丁烷发生亲核进攻,更易引起消除反应;若采用酸催化缩合,生成的二叔丁醚极易被酸催化裂解。氯代叔丁烷在SbF5/SO2ClF/低温条件下可生成稳定的碳正离子,再在大位阻的有机碱(i-Pr2NEt)
6、存在下,进攻叔丁醇,按SN1机理进行反应,可得到几乎定量的二叔丁醚。,d.原酸酯及四烷氧基甲烷的制备 多卤代物与醇钠反应,可以制备原酸酯或四烷氧基甲烷。CHCl3+3RONa CH(OR)3 CCl4+4RONa C(OR)4,e.环醚的制备 卤代醇在碱性条件下的环化反应即分子内Williamson反应,是制备环氧乙烷、环氧丙烷及高级醚类化合物的方法。,2.芳基磺酸酯为烃化剂,磺酸酯类烃化剂:主要指芳磺酸酯,引入较大的烃基。,芳基磺酸脂作为烃化剂在药物合成中的应用范围比较广,OTs 是很好的离去基,常用于引入分子量较大的烃基。,如:鲨肝醇的合成,化学名为:3-(十八烷氧基)-1,2-丙二醇。作
7、用:用于治疗各种原因引起的白细胞减少症,如放射性、抗肿瘤药物等所致的白细胞减少症。,3.环氧乙烷为烃化剂反应通式环氧乙烷属小环化合物,其三元环的张力很大,非常活泼,可发生开环反应;环氧乙烷与醇反应,引入羟乙基,又称羟乙基化反应;反应一般用酸或碱催化。,(2)反应机理a.碱催化 SN2 双分子亲核取代,开环单一,立体位阻原因为主,反应发生在取代较少的碳原子上.,b.酸催化 若R为供电子基,在a处断裂 若R为吸电子基,在b处断裂,(3)应用特点a.烷氧基醇的制备 酸性条件下反应得伯醇碱性条件下反应得仲醇,b.聚醚的制备用环氧乙烷进行氧原子上的羟乙基化反应时,由于生产的产物仍含有羟基,如环氧乙烷过量
8、,则可形成聚醚。因此,在合成烷氧基乙醇时,所使用的醇必须过量,以免发生聚合反应。,4.烯烃为烃化剂醇对烯烃双键进攻,加成而生成醚。烯烃结构中若无吸电子基团存在,反应不易进行;只有当双键两端连有吸电子基,如:羰基、氰基、酯基、羧基等,才较易发生烃化反应。,5.其他烃化剂,二、酚的O-烃化 酚的酸性比醇强,更易烃化。在碱性条件下与RX反应,很容易得到较高收率的酚醚,反应接近中性时,即基本完成。常用的碱是:NaOH或Na2CO3(K2CO3)。反应溶剂:H2O,醇类,丙酮,DMF,DMSO,苯或甲苯等等。,(1)反应通式卤代烃与酚在碱存在下反应得到酚醚。,1.卤代烃为烃化剂,(2)反应机理 亲核取代
9、反应 SN2:,(3)应用特点a.芳基脂肪醚的制备如镇痛药邻乙氧基苯甲酰胺的合成:b.有位阻或螯合酚的烃化 用氢化钠或烷基锂将酚转变为钠盐或锂盐,然后用卤代烃在乙醚或极性非质子溶剂中烃化。,(1)反应通式甲基化反应,2.硫酸二甲酯为烃化剂,(2)反应机理 亲核取代反应,(3)应用特点硫酸二甲酯与酚反应可在碱性水溶液中或无水条件下直接加热进行,两个甲基只有一个参加反应。降压药物甲基多巴的中间体用硫酸二甲酯进行甲基化:,3.重氮甲烷为烃化剂重氮甲烷(CH2N2,-N=N+=CH2):活性甲基化试剂 用于酚和羧酸的甲基化,产生N2气,无其它副反应后处理简单 室温或低于室温反应,加热易爆炸,4.DCC
10、缩合法DCC:二环己基碳二亚胺,DCC用于酚醇偶联,形成酚醚,5.烷氧鏻盐为烃化剂 用于酚醇偶联,形成酚醚,特别是伯醇和仲醇和酚的偶联。,Mitsunobu reaction.,氨及脂肪胺的N-烃化 芳香胺的N-烃化 杂环胺的N-烃化,第三节 氮原子上的烃化反应,仲胺及叔胺的制备盖布瑞尔反应德尔宾反应三氟甲磺酰胺法还原烃化法亚磷酸二酯法兴斯堡反应鏻鎓盐法,一、氨及脂肪胺的N-烃化,应用特点:(1)仲胺及叔胺的制备a.仲卤代烃与NH3、伯胺反应得仲胺,b.杂环卤代烃与胺类反应苯酚、苄醇、乙二醇为溶剂例:抗疟药阿的平的合成,c.仲胺与卤代烃作用得叔胺例:降压药优降宁中间体的合成也可将仲胺转变为锂盐
11、,烃化得叔胺,(2)伯胺的制备盖布瑞尔反应,注:NH3 大大过量!,盖布瑞尔反应:,例:抗疟药伯胺喹(Primaquine)的合成,(3)伯胺的制备德尔宾反应,例:氯霉素中间体的合成,(4)伯胺的制备三氟甲磺酰胺法,醛或酮在还原剂存在下与NH3、伯胺、仲胺反应,使氮上引入烃基的反应称为还原烃化反应。a.催化氢化法,(5)胺的制备还原烃化法,应用特点:还原烃化制备伯胺低级脂肪醛(4个碳以下)与氨在雷尼镍催化下还原烃化,其烃化产物为混合物五个碳以上的脂肪醛或芳香醛还原烃化主要得伯胺,脂肪酮类与氨在雷尼镍催化下还原烃化,其烃化产物收率的高低,与酮类的立体位阻大小有关芳香烷基酮及二芳基酮在同样条件下反
12、应,收率较低,还原烃化制备仲胺芳香醛与氨摩尔比2:1,雷尼镍催化氢化,烃化产物以仲胺为主,还原烃化制备叔胺反应的难易和收率主要取决于羰基和氨基化合物的位阻,甲醛活性大,位阻最小,可对许多胺类(伯胺、仲胺)进行还原甲基化反应。,b.甲酸还原法 鲁卡特-瓦拉赫反应 甲酸及其铵盐和醛酮反应制备伯胺 甲酸与伯胺、醛酮反应制备仲胺 甲酸与仲胺、醛酮反应制备叔胺埃斯维勒-克拉克反应 伯胺或仲胺用甲醛及甲酸还原甲基化制备叔胺,还原烃化特点:还原剂常用Na/EtOH、Na-Hg/EtOH、Zn-Hg/HCl、HCOOH、H2/Ni、金属复氢化合物 LiAlH4 NaBH4;N上引入的碳数与醛酮的碳数一致 反应
13、活性:醛酮 脂肪族芳香族 无立体位阻有立体位阻,利用亚磷酸二酯与伯胺反应,对氮封锁使其上只剩一个氢,再与卤代烃烃化、水解,制得仲胺.,(6)亚磷酸二酯法,(7)兴斯堡反应法,(8)鏻鎓盐法由醇制备的鏻鎓盐可与伯胺反应得仲胺鏻鎓盐与仲胺作用得叔胺,二、芳香胺的N-烃化,应用特点:卤代烃为烃化剂 原甲酸乙酯为烃化剂 碱金属催化烃化 脂肪伯醇为烃化剂 羧酸酰胺及苯磺酰胺法 还原烃化法 乌尔曼反应,乌尔曼反应 由于卤代芳烃活性低,又有位阻,不易与芳伯胺反应。加入铜盐作为催化剂,与无水碳酸钾共热,可生成二芳胺及其同系物,此反应称为乌尔曼反应。,例:氯灭酸、氟灭酸的合成,三、杂环胺的N-烃化,卤代烃为烃化
14、剂 还原烃化法 多个氮原子的选择性烃化,节约溶剂用碱金属氢氧化物水溶液代替醇盐、氨基钠、氢化钠及金属钠等反应快而条件温和,后处理较容易提高反应的选择性,抑制副反应,提高收率等,相转移烃化反应,原理:,相转移催化剂作用:使一种反应物由一相转移到另一相中,促使一个可溶于有机溶剂的底物和一个不溶于此溶剂的离子型试剂两者之间发生反应。,相转移催化反应,相转移催化剂的要求具备形成离子对的条件,即结构中含有的阳离子部分便于与阴离子形成有机离子对,或者能与反应物形成复合离子。有足够的碳原子,以便形成的离子对具有亲有机溶剂的能力。R的结构位阻应尽可能小,R基为直链居多 稳定并便于回收,常用的相转移催化剂,季铵
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