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绝了!必须学习的高效有机合成方法

  • 有机合成方法
摩熵化学 04/09

有机合成作为化学领域的核心,其本质是将简单易得的原料通过一步或多步化学反应将其转化为结构复杂的目标分子的过程。当然,也包含逆向解构复杂物质为功能性单元。这一过程不仅是化学键的断裂与重组,更是化学逻辑与创造力的提升。设计分子主要考虑三个方面:分子骨架的构建、官能团的定向引入以及立体化学的精确调控。而实现这些目标的关键,在于深入理解经典人名反应(如Wittig反应、Diels-Alder反应等)的机理与应用场景,从而在合成策略中灵活组合反应模块,化繁为简。掌握这些方法论,不仅能提升合成效率,更能为药物研发、材料科学等领域开辟创新路径。

目前经典的人名反应有1000多种,较为常见的几十种。需要经常回顾练习,才能在合成路线设计时信手拈来~除了翻阅专业的书籍,还可以查看【人名反应】电子工具书,更快更准确的找到想要巩固的反应。

来源:摩熵化学【人名反应】工具

除了经典的有机人名反应需要牢记,我们还需投入时间和精力,去深入了解新兴的合成方法以及创新的合成设计思路。如此,我们才能在复杂多变的有机合成世界中找到实现目标分子的最优解!

一、双分子亲核反应

标题: Universal Reagent for Mild and Stereospecific Nucleophilic Substitution of Alcohols with Amines

DOI: 10.1002/anie.202420312

André B. Charette教授课题组开发了一种新型中介激活试剂(BEHT三氟甲磺酸盐),基于Mitsunobu反应中假设的两性离子甜菜碱中间体,首次通过X射线晶体学证实了其存在。该试剂能温和、高效地活化醇类,适用于双分子亲核取代反应(SN2)。该方法突破了传统mitsunobu反应亲核试剂的酸性要求(pKa 一般要小于等于11),可兼容多种亲核试剂(如一级/二级胺、硫醇、醇、卤素等),实现手性醇向手性C–X键(X = N, C, S, O或卤素)的一锅转化,且保持手性富集。

二、选择性将酯还原为醛

标题: Selective Reduction of Esters to Access Aldehydes Using Fiddler Crab-Type Boranes

DOI:10.1021/jacs.4c14596

一般我们将选择性将酯还原为醛会采用 二异丁基氢化铝(DIBAL-H)、金属氢化物/路易斯酸协同、氢化还原(催化氢化)等方法。但是这些方法都有一定的弊端,比如采用二异丁基氢化铝还原需要注意无水、过度还原以及较为复杂的后处理等问题。最近,由Tibor Soós课题组报道的一种新方法,使用三芳基类型硼烷选择性还原酯以获得醛。该方法采用硼烷与三乙基硅烷还原剂组合,可高效(99%产率)催化多种酯类(甲酯、乙酯、异丙酯;脂肪酯、芳香酯、直链酯、环状酯)转化为缩醛产物,底物普适性极强。但是对于不饱和酯、大位阻叔丁酯和氰乙酸酯效果较差,可能因空间位阻或电子效应导致反应活性降低。反应条件温和、高产率,适用于绝大多数常见酯类,反应可放大至半吨规模(工业级),仍保持高效稳定的反应效果,具备工业化生产潜力。

来源:摩熵化学【前沿文章】

三、选择性合成位阻比较大的酰胺

标题:General chemoselective hindered amide coupling enabled by TCFH-catalytic Oxyma and transientimine protection

DOI:10.1039/D4CC05313C

酰胺缩合反应是有机合成领域中极为常见的反应类型。然而,当底物中存在活性羟基或额外氨基时,通常需要先对这些基团进行保护,待酰胺缩合反应完成后再将保护基去除。这一过程不仅操作繁琐,还会增加合成步骤和成本。

近期,有课题组报道了一种创新的方法,即使用TCFH和催化量的Oxyma这一试剂组合。Oxyma是一种高度活性、廉价且安全的试剂,该组合能够实现对反应性较低的胺的选择性优于竞争性的醇。对于反应性更强的胺,研究人员通过使用电子缺位醛将其暂时转化为亚胺,从而使原本具有阻碍作用的胺也能高效且高选择性地进行类似的偶联反应。与传统偶联试剂相比,TCFH和催化量Oxyma的组合具有显著优势。它不仅具有高选择性和反应性,还避免使用基于苯并三唑的添加剂。这一策略的最大亮点在于,它消除了单独的保护和脱保护步骤以及与之相关的纯化过程,大幅提高酰胺偶联反应的整体效率。

四、芳硝基化合物直接转变为芳基氯

标题:Light-promoted aromatic denitrative chlorination

DOI:10.1038/s41557-024-01728-1

芳基硝基化合物是有机合成中常用的原料。然而,由于碳-硝基(CAr–NO2)键的惰性,使用未活化的硝基芳烃进行直接脱硝取代反应仍然具有挑战性。化学家们依赖于顺序还原和重氮化,随后进行桑德迈尔(Sandmeyer)反应,或者通过活化硝基芳烃的亲核芳香取代反应来实现硝基团的转化。

近期,香港中文大学成贵娟/华中师范大学叶飞合作报道了,光诱导硝基(杂)芳烃的直接脱硝氯代。在可见光照射下的通用脱硝氯化反应,在该反应中,氯自由基通过断裂碳-硝基键来取代硝基部分。这种实用的方法适用于广泛的未活化硝基(杂)芳烃和硝基烯烃,对空气或水分不敏感,并且可以在十克规模上顺利进行。这种转化在合成和机理上与先前在热条件下进行的亲核芳香取代反应有根本的不同。密度泛函理论计算揭示了取代反应的可能途径。由于碳-硝基键的惰性,直接使用未活化的硝基芳烃进行脱硝取代反应具有挑战性。现在,利用可见光照射,已经开发出一种策略以实现直接芳族脱硝氯化。氯自由基可以在广泛的未活化硝基芳烃以及硝基烯烃中取代NO2部分。

来源:摩熵化学【前沿文章】

参考文献:

【1】 摩熵化学.化合物检索及合成设计平台.[DB/OL].https://chem.molaid.com.[1990-2024]

【2】Zlota, A. A.; Steven, A.; Mateos, C. et al. Some Items of Interest to Process R&D Chemists and Engineers. Org. Process Res. Dev. 2025, 29, 603–615. DOI: 10.1021/acs.oprd.5c00064.

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