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1、药物合成路线设计概要现在学习的是第1页，共48页逆合成分析实例现在学习的是第2页，共48页Introduction College of Chemical&Pharmaceutical Engineering药物的合成药物的合成 官能团的引入与转化官能团的引入与转化 分子骨架的构建分子骨架的构建 卤化反应、硝化反应、卤化反应、硝化反应、磺化反应、烃基化反应、磺化反应、烃基化反应、酰基化反应、氧化反应、酰基化反应、氧化反应、还原反应还原反应 缩合反应、重排反应、缩合反应、重排反应、周环反应以及周环反应以及C-原子上的原子上的烃基化和酰基化反应烃基化和酰基化反应 现在学习的是第3页，共48页一、一
2、、基本概念和常用术语基本概念和常用术语 导言导言药物合成路线设计是针对预定药物的合成而开展的一项综合性，并带有策略性的研究过程，在对可能的合成方法比较评价基础上，确定合理、有效的合成路线。设计原理符合合成化学的逻辑学。逆合成分析（antisynthetic analysis）是最有效的方法。现在学习的是第4页，共48页逆合成分析法逆合成分析法:目标分子出发，采用逆向切断、连接、重排和官能团的引入、转化、消去等化学操作，直至将其变换、倒推为合成子等价试剂的分析方法。图示为图示为示例示例现在学习的是第5页，共48页目标分子目标分子（target molecule,TM）：拟合成的化合物，中间体、最
3、终化合物均可。合成子合成子（synthon）：构建目标分子活性碎片，可以是离子、自由基或者中性分子。接受电子的合成子（acceptor），即a-合成子合成子 提供电子的合成子（donor），即d-合合成子成子 等价试剂等价试剂（equivalent reagent）：在合成中充当合成子的中性化合物。现在学习的是第6页，共48页现在学习的是第7页，共48页逆向切断逆向切断（antithetical disconnection）：目标化合物的某一C-C化学键断开，剖析成两个合成子的操作逆向连接逆向连接（antithetic connection）：将目标分子中两个适当的碳原子键连起来现在学习的是第
4、8页，共48页逆向重排逆向重排（antithetic rearrangement）：目标分子相关化学键打开，再重新组装。逆逆向向官官能能团团转转换换（antithetic functional group interconversion,FGI）：目标分子的特定官能团转换为另一与之关联的官能团 现在学习的是第9页，共48页逆向官能团添加逆向官能团添加（antithetic functional group addition,FGA）：在目标分子的特定的位置增加一个官能团的操作。逆向官能团的消除逆向官能团的消除（antithetic functional group removal）：目标分子中
5、特定官能团除去的操作。现在学习的是第10页，共48页现在学习的是第11页，共48页现在学习的是第12页，共48页二、合成路线评价的原则二、合成路线评价的原则结构明确的目标分子合成途径的确定，是极端重要的。例如：甾体类化合物其骨架的化学合成，按照逐步增加原子的方法来完成此工作，其合成路线将多达 6.21023条，数 量十分惊人。评价合成路线评价合成路线优劣，主要考虑四个方面。优劣，主要考虑四个方面。现在学习的是第13页，共48页一）步骤尽可能的少，产率尽可能的高一）步骤尽可能的少，产率尽可能的高采用会聚式，尽可能避免采用线性途径采用会聚式，尽可能避免采用线性途径 现在学习的是第14页，共48页现
6、在学习的是第15页，共48页“一锅法一锅法”合成和多重构建是另外两种减少反应步合成和多重构建是另外两种减少反应步骤的途径骤的途径。现在学习的是第16页，共48页二）使用可信的反应。二）使用可信的反应。充分利用人名反应，开发和拓展文献方法充分利用人名反应，开发和拓展文献方法合理的合成子有助于选择对应的等价分子，如人名反应等经典反应的应用是切断的首选。如乙烯基烯丙基醚的合成。路线1更可行。5-羟基-3-庚酮的合成分析，路线更可行 现在学习的是第17页，共48页异丁基苯的合成，酰基化-还原优于烃基化天然产物伊菠胺全合成中的Bechmann反应 现在学习的是第18页，共48页三）选择廉价、易得的原料三
7、）选择廉价、易得的原料i6个碳原子以内的脂肪族化合物，更多情况下是4个碳原子以内，包括卤代烃、醇、醛、酮、酸、胺、烯、炔等，如乙醇、丙醇、丁烯、碘甲烷、丙酮；ii五六元脂环族化合物和对应的一些衍生物，如环己醇、环戊酮、环戊二烯等；iii芳香族化合物，如苯、萘、蒽等，以及一些芳杂环，如噻吩、呋喃、吡啶等，含有1-4碳原子的取代苯等；iv一些天然产物，如碳水化合物、-氨基酸、甘油、甾体、萜类等。在选择原料时，还需要考虑其稳定性、安全性、和不对称性。现在学习的是第19页，共48页四）合成便于操作四）合成便于操作 埃索美拉唑（Esomeprazole）为一种手性药物，是腺苷三磷酸酶抑制剂，用于胃溃疡的
8、治疗。在小规模合成中，通过HPLC来分离获得。规模化生产，用常现青霉菌 BPFC 386进行生物氧化，高选择性地获得单一异构体。现在学习的是第20页，共48页三、指导优势切断的规律三、指导优势切断的规律1合成步骤尽量短合成步骤尽量短2切断处的逆反应应该是产率高和成功率高的反应，切断处的逆反应应该是产率高和成功率高的反应，如人名反应。如人名反应。3优先切断优先切断C-X键，尤其是在双基团切断时和影响键，尤其是在双基团切断时和影响选择性的基团切断时。选择性的基团切断时。4根据分子中官能团的相互关系，确定根据分子中官能团的相互关系，确定C-C键的切断。键的切断。优先：优先：如果可能的话，目标最简化如
9、果可能的话，目标最简化 分子的中部分子的中部 分子的交叉点分子的交叉点 分子中侧链与环的键合处分子中侧链与环的键合处 对称性原则对称性原则对称部分先切断对称部分先切断5官能团的转换可以使切断变的容易，要首先考官能团的转换可以使切断变的容易，要首先考虑分子中不稳定部分。虑分子中不稳定部分。6切断后合成子的等价原料易于获得，不论是切断后合成子的等价原料易于获得，不论是购买还是制备。购买还是制备。合成路线的评价合成路线的评价原则从策略上为原则从策略上为逆合成分析确定逆合成分析确定了需要考虑的主了需要考虑的主要因素。从要因素。从官能官能团团开始是明智的开始是明智的选择，但切断答选择，但切断答案是没有案
10、是没有“唯一唯一性性”。指导正确切指导正确切 断的规则包括：断的规则包括：现在学习的是第21页，共48页榆树皮甲虫信息素中间体4-甲基-3-庚醇，有利切断只有(2)抗惊厥药芬苏美（phesuximide)，切断从N-C键开始 哮喘药沙丁胺醇（Salbutamol），始于乙酰水杨酸 现在学习的是第22页，共48页四、含单官能团的化合物的逆合成分析四、含单官能团的化合物的逆合成分析 单官能团化合物切断包括C-X键、C-C键。C-X的切断是最简单，涉及C-C键的切断，显然要比判断C-X切断困难一些。现在学习的是第23页，共48页现在学习的是第24页，共48页五、含两个官能团的化合物逆合成分析五、含两
11、个官能团的化合物逆合成分析 官能团之间的相对位置，主要讨论：1,2-二官能团 1,3-二官能团 1.4-二官能团 1,5-二官能团 1,6-二官能团等五类化合物五类化合物。现在学习的是第25页，共48页一）一）1,2-二官能团二官能团充分利用充分利用sp2杂化碳的性质，包括杂化碳的性质，包括 烯碳上的不完全氧化烯碳上的不完全氧化 烯碳上亲电加成的卤官能团化烯碳上亲电加成的卤官能团化 羰基碳的氰加成羰基碳的氰加成 羰基化合物羰基化合物-氧化氧化 羰基碳的卤化以及安息香反应羰基碳的卤化以及安息香反应 环氧乙烷的胺基及其它取代环氧乙烷的胺基及其它取代 现在学习的是第26页，共48页现在学习的是第27
12、页，共48页二）二）1,3-二官能团化合物二官能团化合物 aldol 缩合、Claisen缩合、Dieckmann缩合、Reformatsky反应、Mannich 反应等经典反应来构建。Aldol 缩合缩合现在学习的是第28页，共48页现在学习的是第29页，共48页Claisen缩合、缩合、Dieckmann缩合缩合 现在学习的是第30页，共48页Reformatsky反应、反应、Mannich 反应反应 现在学习的是第31页，共48页三）三）1,4-二官能团化合物二官能团化合物1,4-二官能团化合物在切断分子时，总是要求极性异常的合成子，即极性反转的合成子，如负酰基、正-碳（羰基）。硝基烷烃
13、能够作为酰基负离子的等价试剂。-卤代羰基化合物可作为正-碳（羰基）合成子的等价分子。现在学习的是第32页，共48页其他极性反转的例子还有：实例现在学习的是第33页，共48页注意：注意：二官能团化合物在逆合成分析中切断的规律视官能团之间位置为奇数关系和偶数关系的不同而有所差异，其规律可概括为三点：i.合成奇数关系的二官能团化合物，只需要自身极合成奇数关系的二官能团化合物，只需要自身极性的合成子；性的合成子；ii.合成偶数关系的二官能团化合物时，则需要一些极性合成偶数关系的二官能团化合物时，则需要一些极性翻转的合成子；翻转的合成子；iii奇数关系的受体合成子（如奇数关系的受体合成子（如a1和和a3
14、）以及偶数关系）以及偶数关系的供给体合成子（如的供给体合成子（如d2和和d4）均有极性翻转的合成子。）均有极性翻转的合成子。现在学习的是第34页，共48页四）四）1,5-二官能团化合物二官能团化合物1,5-二官能团化合物是一种奇数关系的体系，那么合成子使用自身的极性即可，通常为d2与a3合成子来构建这类分子。Micheal加成加成 现在学习的是第35页，共48页现在学习的是第36页，共48页Robinson环合成反应环合成反应 催眠镇静药格鲁米特（催眠镇静药格鲁米特（Glutethimide）中间体）中间体现在学习的是第37页，共48页利用羰基化合物的烯醇锂盐、烯醇硅醚和烯胺烯醇锂盐、烯醇硅醚
15、和烯胺实现1,5-二官能团化合物的构建。现在学习的是第38页，共48页五）五）1,6-二官能团化合物二官能团化合物通过分子间C-C键的形成构建 1,6-二官能团化合物比较困难，六元环氧化开环是有效途径。现在学习的是第39页，共48页六六 典型药物的逆合成分析典型药物的逆合成分析 一）吲哚布吩（一）吲哚布吩（Indobufen）二）沙芬酰胺（二）沙芬酰胺（Safinamide）甲基磺酸盐）甲基磺酸盐三）苯丁酸氮芥三）苯丁酸氮芥(Chlorambucil)四）维生素四）维生素A(Vitamin A)五）贝拉哌酮五）贝拉哌酮(Belaperidone)现在学习的是第40页，共48页Indobufen现在学习的是第41页，共48页合成过程合成过程现在学习的是第42页，共48页Safinamide 沙芬酰胺沙芬酰胺现在学习的是第43页，共48页合成过程合成过程现在学习的是第44页，共48页Chlorambucil 苯丁酸氮芥苯丁酸氮芥现在学习的是第45页，共48页合成过程合成过程现在学习的是第46页，共48页Vitamin A 现在学习的是第47页，共48页 合成过程合成过程现在学习的是第48页，共48页