当前课程知识点:有机化学 > 第十三章 有机化学专题 > 13.2 重排反应在实际有机合成中的应用 > 13.2 重排反应在实际有机合成中的应用
第十三章专题二的内容呢
将由我们清华大学化学系
大二的学生杨皓周为大家讲解
主要是讲解重排反应
在有机合成中的应用
下面有请杨皓周同学
大家好 我是来自清华大学化学系
化学22班的杨皓周
我高中毕业于河南省郑州外国语学校
通过化学竞赛保送进入了
清华大学化学系
今天我来给大家做一个有关重排反应
在实际有机合成中应用的一个小的报告
我的这个报告通过选取了四个重排反应
并通过分析它们 在四个
具体有机合成中的应用
来阐述重排反应
在实际有机合成中应用的重要性
首先我要介绍的是Arndt-Eistert增碳法
也就是其中包括了Wolff重排
这个反应的反应通式如PPT图中所示
这个反应制备的官能团比较广泛
可以制备羧酸 酯 胺
以及其他的化合物
我选取的有机合成是1973年
Woodward和A.Eschenmoser
合成的维生素B12
维生素B12是人体中
非常重要的一种维生素
它的化学结构如图中所示
我们可以看出来这种物质的核心结构
在于包含有ABCD四个小五元环的
一个大环
而通过对这个大环进行逆合成的分析
可以把它分成两个
分别包含有AD小环
和BC小环的两个合成子
其中这四个环各有一个可用于增碳的结构
也就是如这个所示
理论上说这个亚乙基中的两个亚甲基
都有一个可以
通过Arndt-Eistert增碳来实现
但是事实上通过分析我们可以发现
首先看A环和D环
在A环和D环中我们可以发现
它们都包含有一个1,6位的二官能团结构
这两个官能团结构可以通过臭氧开环
通过环的断裂来直接实现
而六元环就可以通过DA反应来实现
这样的话减少了碳链的合成
所以说我们不需要
用Arndd-Eistert反应来增碳
再来看BC两个小环
在BC两个小环中
并没有和AD两个小环一样的
1,6二官能团结构
也就是说不能直接通过环的氧化来实现
但是C环我们可以通过逆合成的话
可以推到一个天然产物
这种天然产物就是这种物质
它就是樟脑酮
而B环的话它不能通过某一个天然产物
或者是通过某一个环的逆合成来实现
因此B环的这一个蓝色的亚甲基
也就需要通过增碳来实现
好 下面我们来看一下实验合成步骤
我们只关注于发生重排的这一步反应
首先通过亚硫酰氯
把这个羧基变成酰氯
然后第二步通过重氮甲烷
把这个酰氯重氮化之后
然后再在氧化银存在下加热使它发生重排
最后结果实际就是相当于
多了一个亚甲基 增了一个碳
好 第二个我们来讲一下Curtius重排
这个反应的反应通式如图所示
这个反应在这一步通过它这个加水的话
可以让这个二氧化碳最后
以一个二氧化碳形式跑掉之后
剩余相当于脱了一个羰基成了一个胺
我选取的化合物是奥司他韦
它的盐酸盐就是大名鼎鼎的达菲
也是一种著名的抗流感药物
它的结构如图所示
我们可以看出来它的分子式中
有两个氨基
其中一个是没有被乙酰化
而另一个是被乙酰化的
好 我们对它来进行一下逆合成分析
首先前面这个可以通过
Horner反应来实现
而另外的结构可以通过
两个Michael加成来实现
而Michael加成中双键
包含这两个氨基的前体
氨基的前体既可以是硝基
也可以是酰胺
但如果是两个氨基的前体都是硝基的话
这样氨基就没有选择性
导致这个合成出现困难
因此我们选择的是氨基前体使用酰胺
最后再使用降解的方法变成氨基
而酰胺前体可以用更容易得到的酯来制备
因此我们采用了这样一个结构
来作为它的前体 而不采用它
好 我们再看合成步骤
这个合成的特点是他通过了
三个一锅煮反应
通过了九步来得到产物
而Curtius重排它的后续的反应
是在同一个体系中发生的
我们来看 首先通过加入三氟乙酸
同样是把这个酯基把它水解
变成一个羧酸
然后第二步通过加入草酰二氯
把它变成一个酰氯
然后第三步加叠氮
变成酰基叠氮
就是这样一个物质
然后再通过醋酸的存在下
让它发生Curtius重排
而同时加入乙酸酐的作用
是把这个生成的氨基同时酰化
这样的话就可以一步得到酰化后的产物
而不需要再考虑诸如两个氨基的
酰化选择性的问题了
这样就可以一步到位
最后再通过一系列的步骤
就可以得到我们需要的产物
好 第三个 我们来讲一下
Ireland-Claisen重排
这个反应的基本通式如图中所示
这个反应其实是克莱森重排的一种
但是它是一个酯重排成羧酸的过程
这个反应需要的是一个大体积强碱
比如说LDA 除此之外其他的大体积强碱
比如说二(三甲基硅基)氨基钾
也可以作为反应物
我选取的化合物
是一种深海放线菌中分离的一种异酮
这种异酮有生物活性
它的结构如图中所示
好 我们来看一下这个物质的逆合成分析
我们只关注我们需要分析的部分
到了这一步我们可以看出这个分子中
含有一个和前面提到的
Ireland-Claisen重排前体所符合的结构
但是因为我们可以分析这个物质中
它的官能团主要集中在
这个分子碳链的末尾
而这么长的一个碳架
如果直接合成来实现的话
显然难度比较大
但是如果我们通过一个重排
把这个分子一个大的碳链
把它分拆成了两个小的分子
如图所示 我们可以把这个碳链
一下就断成了两个小的分子
官能团从分子中的端位
到了分子的中间
这样的话在拆分的时候就更加容易
我们就可以拆分成两个较小的分子
从而缩短了反应步骤
我们来看一下合成
首先这就是得到了我们重排反应的前体
一个分子的酯的结构
然后再加上我前面提到的这个大体积强碱
同时从低温它就开始重排
然后得到了这个产物
马上甲基化就得到了这个酯
这是我们前面提到的产物
然后最后通过一系列步骤
就可以得到我们需要的天然产物
最后我来讲一下Beckmann重排
这个反应的通式也如图中所示
我们可以看出来这个反应中
它是和这个羟基呈反式的基团迁移
而这个迁移的同时
手性碳迁移前后他是构型保持
我选取的化合物是一种
具有强免疫抑制活性的
一种从萍蓬草属的生物碱的合成
它的结构如图中所示
我们来对它进行一下逆合成分析
首先我们可以看到这个分子
是一种具有对称性的结构
它可以有两个基本上等价的合成子来实现
所以说我们把它从分子中间拆开
这样得到了两个结构基本一致的合成子
在这两个合成子进行逆推的话
就可以得到一种己内酰胺的结构
如图中所示
而这个结构就可以通过
Beckmann重排来实现
它的前体就是一种环戊酮的结构
而我们可以看出这个与氮原子
相连的碳原子它的构型
在反应前后是可以保持的
这正是Beckmann重排的优势
我们看一下合成
首先这就得到了我们前面所提到的环戊酮
然后第一步我在氢氧化钠条件下加入羟胺
这样的话就把它变成一个肟的结构
而同时可以看出来
这一侧的由于有一个大的基团的影响
它的位阻比较大
所以说生成肟的话
它的立体构型的羟基倾向于朝这一侧
在第二步我们在吡啶作为碱的条件下
加入对甲苯磺酰氯
这一步首先是将羟基作为亲核试剂
把对甲苯磺酰氯亲核取代
形成了这样一个结构
然后在其次呢 再发生重排
这样的话 由于对甲苯磺酰基
它作为一个很好的离去基团
它可以实行离去
它起到的作用也就是和水一样
然后在这个羟基反式的基团迁移
也解决我们看到这个含手性碳的
这个基团迁移
最后又得到我们所需要的己内酰胺
然后再通过一系列步骤就可以得到
我们所需要的天然产物
最后我来提一下我这个展示中
所涉及到的主要化合物
首先TFA 它是三氟乙酸
TOISH它是对甲苯基硫酚
TMSCI它是三甲基硅基氯
然后KHMDS就是前面提到的
二(三甲基硅基)氨基钾
然后TSCI它是对甲苯磺酰氯
最后是我的一些参考文献
我的报告就到此结束 谢谢大家
-1.1 概论
--1.1.1 引言
-1.2 有机化学基本知识
-第一章 绪论--1.2 有机化学基本知识
-1.3 有机化合物命名的基本原则
-第一章 绪论--1.3 有机化合物命名的基本原则
-1.4 酸碱理论
-第一章 绪论--第一章章节测试题
-2.1 引言
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.1 引言
-2.2 烷烃——2.2.1 烷烃的构象
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.2 烷烃——2.2.1 烷烃的构象
-2.2 烷烃——2.2.2 烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.2 烷烃——2.2.2 烷烃的反应
-2.3 环烷烃——2.3.1 引言
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.1 引言
-2.3 环烷烃——2.3.2 环烷烃的命名
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.2 环烷烃的命名
-2.3 环烷烃——2.3.3 环烷烃的构象
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.3 环烷烃的构象
-2.3 环烷烃——2.3.4 环烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.4 环烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--HW-第二章章节测试题
-3.1 不饱和烃的概述
-3.2. 烯烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.2. 烯烃的化学反应
-3.3 炔烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.3 炔烃的化学反应
-3.4 二烯烃——3.4.1 二烯烃的结构
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.4 二烯烃——3.4.1 二烯烃的结构
-3.4 二烯烃——3.4.2 二烯烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.4 二烯烃——3.4.2 二烯烃的化学
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--HW-第三章章节测试题
-4.1 芳烃概论
--4.1 芳烃概论
-4.2 芳烃的分类和命名
-4.3 苯的物理性质
-4.4 苯的结构
-4.5 单环芳烃的化学性质
--4.5.5.6 Friedel-Crafts 烷基化反应
--4.5.5.7 Friedel-Crafts 酰基化反应
-4.6 芳环上亲电取代反应的定位效应
-4.7 稠环芳烃
-4.8 非苯芳烃及芳香性
-第四章 芳香烃--4.8 非苯芳烃及芳香性
-第四章 芳香烃--HW-第四章章节测试题
-5.1 手性和对称性
-第五章 对映异构--5.1 手性和对称性
-5.2 含一个不对称碳的化合物
-第五章 对映异构--5.2 含一个不对称碳的化合物
-5.3 含两个及多个不对称碳的化合物
-第五章 对映异构--5.3 含两个及多个不对称碳的化合物
-5.4 环状手性化合物
-第五章 对映异构--5.4 环状手性化合物
-5.5 其他不含不对称碳原子的手性化合物
-第五章 对映异构--5.5 其他不含不对称碳原子的手性化合物
-第五章 对映异构--HW-第五章章节测试题
-6.1 卤代烃的概述
--题目要求
-6.2 亲核取代反应
-第六章 卤代烃--6.2 亲核取代反应
-6.3 消除反应
-第六章 卤代烃--6.3 消除反应
-6.4 与金属的反应
-6.5 不饱和卤代烃
-第六章 卤代烃--HW-第六章章节测试题
-7.1 本章引言
-7.2 核磁共振谱
--7.2.2 核磁共振氢谱——7.2.2.4 氢谱的基本解析
-7.3 质谱
-7.4 红外光谱
--7.4.2 红外光谱与分子结构——7.4.2.1 特征官能团的红外吸收
-7.5 有机波谱综合解析
-第七章 波谱分析在有机化学中的应用--HW-第七章章节测试题
-8.1 引言
--8.1引言
-8.2 醇
-第八章 醇酚醚--8.2 醇
-8.3 酚
-第八章 醇酚醚--8.3 酚
-8.4 醚
-第八章 醇酚醚--8.4 醚
-第八章 醇酚醚--HW-第八章章节测试题
-9.1 引言
--9.1 引言
-第九章 醛和酮--9.1 引言
-9.2 醛、酮的物理性质
-第九章 醛和酮--9.2 醛、酮的物理性质
-9.3.1 醛、酮的反应概述
-9.3.2 醛、酮的亲核加成
-第九章 醛和酮--9.3.2 醛、酮的亲核加成
-9.3.3 醛、酮α-氢的反应
-第九章 醛和酮--9.3.3 醛、酮α-氢的反应
-9.3.4 醛、酮的氧化还原反应
-第九章 醛和酮--9.3.4 醛、酮的氧化还原反应
-9.4 α、β-不饱和醛、酮的化学反应
-第九章 醛和酮--9.4 α、β-不饱和醛、酮的化学反应
-9.5 醛、酮的制备
-第九章 醛和酮--HW-第九章章节测试
-10.1 概论
--10.1 概论
-10.2 羧酸的结构、分类和命名
-10.3 羧酸的物理性质和波谱特征
-10.4 羧酸的化学性质
-10.5 羧酸衍生物的结构与命名
-10.6 羧酸衍生物的物理性质和波谱特征
-10.7 羧酸衍生物的化学性质
-10.8 羟基酸的分类和命名
-10.9 羟基酸的化学性质
-10.10 β-二羰基化合物
-10.11 α-卤代酸及其衍生物
-10.12 羧酸的制备
-10.13 专题:油脂 蜡 磷脂
-11.1 绪论
--本章引言
-11.2 胺
--11.2.1
--11.2.2
--11.2.3.1
--11.2.3.2
--11.2.3.3
--11.2.3.4
-11.3 硝基化合物
-11.4 腈
-11.5 异腈
-11.6 重氮化合物
-11.7 偶氮化合物
-11.8 本章小结
-12.1 杂环化合物概述
--12.1概述
-12.2 吡咯、呋喃、噻吩
-12.3 吲哚 (苯并吡咯)
-12.4 吡啶
-12.5 喹啉、异喹啉 (苯并吡啶)
-12.6 含氧六元杂环
-12.7 多杂原子五元环、六元环介绍
-第十二章 杂环化合物--HW-第十二章章节测试题
-13.1 有机合成基础-part 1
-第十三章 有机化学专题--13.1 有机合成基础-part 1
-13.1 有机合成基础-part 2
-第十三章 有机化学专题--13.1 有机合成基础-part 2
-13.2 重排反应在实际有机合成中的应用
-13.3 碳水化合物-part 1
-13.3. 碳水化合物-part 2
--13.3.3.4 单糖的反应——醛糖的递升与递降反应及酮糖的特殊反应
-13.3. 碳水化合物-part 3
-13.3 碳水化合物-part 4
-13.4 氨基酸与多肽
-期中考试--二、 选择题
-期中考试--一、判断题
-期末考试--期末考试试题