導向基-鈍化導向的主要手段

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鈍化導向的主要手段摘要本文介紹在有機合成中，采取鈍化的手段進行導向，從而獲得主要的目的產物。文章第一部分介紹了鈍化導向基的基本含義，第二部分介紹了幾種常見鈍化的手段，第三部分是總結。關鍵詞：有機合成鈍化手段`一、導向基1.1實驗實例先看一個實例→我們想通過這個反應合成4-丙酸環(huán)己烯，那么從目標產物來看我們需要從β位切斷然后與乙酸進行親核取代反應，但是通過實驗和理論我們會發(fā)現(xiàn)乙酸的α-H不夠活潑，當反應進行時如果使用乙酸直接進行反應，那么反應將很難進行，所以我們必須增加斷鍵部位的活性才能保證反應的正常進行。于是，我們就想到了乙酯基，乙酯基能夠使α-H活化，這個實驗中選擇的是丙二酸二乙酯為原料，活化后的中間產物為4-丙二酸二乙酯，而在完成任務后，將酯基水解成羧酸，再利用兩個羧基連在同一碳上受熱容易失去CO2的特征將導向基去掉。這樣我們就能夠較容易的獲得目標產物4-丙酸環(huán)己烯。下面是實驗反應方程式：1.2導向基的介紹[1]像上面的例子一樣，當反應難以進行，為了使新進入原子或基團更容易的進入原分子的某一定位置，我們需要引入一個基團來抑制或者提高反應基團活性而引入的另一個基團參與反應，在結束后，將該引入基團去掉從而得到目標產物，則該引入基團稱為導向基。（導向基不一定是目標分子本身所必需的組成部分，它是在合成過程中因其定位作用而引入,完成后又被去掉的基團。） 在有機合成中，由于有機物分子在一定的反應條件下，活性中心不一定是合成所需部位，而當引入導向基后能使反應分子的活性中心變成合成所需部位時，就需要引入導向基，即引入導向基能改變分子反應的活性中心，以適應有機合成的需要。導向基通過電子效應和空間效應對反應中心產生影響。1.2.1電子效應[2]電子效應通過影響分子中電子云的分布而影響有機物的性質.根據(jù)電子效應傳遞的方式,可分為誘導效應(包括場效應”和共扼效應‘包括超共扼效應):根據(jù)取代基對電子的約束能力大小,電子效應分為供電子效應(+I、+C)和吸電子效應(-I,-C);根據(jù)分子是否存在于試劑電場中,電子效應分為靜態(tài)電子效應(IS、Cs和動態(tài)電子效應(Id、Cd)。一般來說.共扼效應只存在于共扼體系中,誘導效應存在于一切鍵中。我們在進行加入導向基反應時，通過利用電子云的空間排布，改變電子云的密度來增加或降低基團的活性。1.2.2空間效應[3-4]自由基是游離基反應過程中生成的活性中間體,它不穩(wěn)定,一旦形成,馬上就要反應.但是,如果在自由基碳原子周圍有大的取代基,阻礙它與其它物種的反應,則此自由基的穩(wěn)定性就增大.因此,空間效應對自由基的穩(wěn)定性有顯著的影響。1.3導向基應具備的條件①便于引入——通過一兩步反應，即可把導向基引入原料分子內預定的部位②有利于合成的順利進行——引入反應分子后，能明顯的改變反應活性中心的位置，以適應合成的需要；③便于去掉——完成預定的合成任務后，用化學方法略加處理，即可去掉導向基，以得到設計的目標分子的真實面目。只有完全具備這三項條件的原子或基團，才可作為導向基，三者缺一不可。1.4鈍化導向基[5]導向基分為活化導向基、鈍化導向基和封閉導向基。為了使多官能團化合物的某一反應中心突出來而將其他部位“鈍化”，或降低非反應中心的活潑程度而便于控制反應中心的基團，稱為鈍化導向基。其作用就是降低非反應中心的活性，以便合成目標分子。二、鈍化的合成導向目前鈍化導向的導向基應用較少，鈍化導向技術的使用不如活化導向技術和封閉導向技術運用廣泛，大多數(shù)的介紹圍繞于活化導向方面，但鈍化手段仍然是有機合成化學中必不可少的一部分，在合成化學產品時，我們通過引入鈍化基團，降低基團的活性，能夠有效的減少副反應的發(fā)生，促進目標實驗的進行，最后將鈍化基團通過化學手段消除，得到目標產物。這樣不僅能夠降低原料成本，同時還能夠提高目標產物的純度。下面介紹幾種最常見的鈍化導向的手段。2.1設計對-溴苯胺和鄰-溴苯胺的合成路線。[6]2.1.1分析對-溴苯胺和臨-溴苯胺在合成的過程中需要用苯胺做為底物來進行合成，但是我們知道苯胺的溴代可同時引入三個溴原子，且全都定位在氨基的鄰對位，如果我們只使用原始的苯胺與溴進行親電反應，那么將不能得到目標產物。因此就需要引入鈍化基團，降低氨基的供電子效應。一般鈍化氨基常用方法是在氨基上引入酰基降低其供電子性。和氨基相比,乙酰胺基是一個中等強度的鄰對位定位基。由于乙?；奈娮有?氮原子上的孤電子對向苯環(huán)的離域減少,降低了苯環(huán)的活性。因此乙酰胺基上的乙酰基起了導向作用。當乙酸苯胺與溴反應時,只發(fā)生一元取代,并且由于空間阻礙幾乎僅有對位取代物生成。 2.1.2合成路線2.2設計N-乙基苯胺的合成路線[7]2.2.1分析合成N-乙基苯胺時，拆分目標分子拆分時,可以將氨基位與乙基位切斷，但是由于N-乙基苯胺屬于仲胺，如果用常規(guī)方法由苯胺直接丙基化時即可得到N-乙基苯胺，這樣切斷不能防止多烷化反應的發(fā)生,因為產物比原料的親核性更強，同時得到多烷基化副產物（如圖），所以想要得到唯一產物，必須在氨基上引入鈍化基團降低活性。因此,考慮到降低產物的親核性，可以采取的方法是將胺?；?然后再將生成的酰胺還原成所需的胺。所以目標分子應由苯酰胺還原制得，而苯酰胺則由乙酰氯和苯胺進行親核取代:2.2.2合成路線2.3.設計間硝基苯胺的合成路線[8]2.3.1分析合成間硝基苯胺時，直接的反應應該是苯胺與硝酸的反應。但是硝酸具有強氧化性，如果直接進行反應硝酸會將氨基氧化。那么為了防止硝酸將氨基氧化，我們可以先用濃硫酸將氨基鈍化，合成硫酸苯胺，來降低氨基的降低活性，之后在與硝酸進行反應這樣就可以避免硝酸與氨基發(fā)生反應，之后再用堿性水溶液將硫酸中和即可得到目標產物。 2.3.2合成路線2.4設計殺蟲脒的合成路線2.4.1分析在合成2-甲基-4-氯苯胺時，由于氨基的活性較強，那么如果與氯化氫進行親點取代時會將氨基一旁的臨位同時接上氯原子，因此必須先降低2-甲基苯胺中胺基的活性，進行鈍化，否則胺基的鄰位也會接上氯原子。文獻中選擇的是乙酸酐進行鈍化反應將氨基變成酰胺。2.4.2合成路線2.4.3工業(yè)生產殺蟲脒當然，由于鈍化的步驟比較繁瑣，在工業(yè)生產中一般不采取此方法合成殺蟲脒。工業(yè)生產殺蟲脒中使用的方法： 這樣能夠避免鄰苯甲氨在氯化時需要鈍化的步驟。2.5設計5-甲基-5-羥基-2-已酮的合成路線。2.5.1分析由于目標分子含有羰基和羥基，且為叔醇，可用酯與格氏試劑合成叔醇，但由于羰基的或許能夠強于酯基，所以格氏試劑優(yōu)先會與與羰基反應，因此為了得到目標分子需要先用乙二醇將羰基鈍化，避免其與格氏試劑發(fā)生反應，最后加酸將羰基恢復即可。2.5.2合成路線2.6設計對甲基苯酚合成對羥基苯甲酸的合成路線2.6.1分析合成對羥基苯甲酸只需要把對甲基苯酚中的甲基氧化成羧基即可。但是，由于酚羥基的活性較高，極易被氧化成醌類物質，因此必須把羥基保護起來，再進行氧化。因此我們選擇乙酸與酚羥基進行酯化反應，來鈍化其活性，之后在進行氧化，反應完成后再用酸將其水解。2.6.2合成路線 2.7設計2-羥基環(huán)己烯合成2-羥基己二醇路線2.7.1分析設計反應時，發(fā)現(xiàn)反應只是由環(huán)變成了開鏈羧酸，則只需要把雙鍵氧化斷鏈即可得到二元羧酸，但是由于反應底物中的的羥基活性較高，在氧化斷鏈的同時羥基也會被氧化成酮羰基，因此必須先將羰基鈍化，然后再進行氧化。因此，選擇氯甲苯將羥基變成醚，降低了活性，反應結束后用氫氣將醚還原成羥基，即可得到目標產物2-羥基己二醇。2.7.2合成路線三、總結綜上所述，鈍化導向手段的目的就是在反應過程中，先將反應中可能對反應產生影響的基團進行鈍化，使用一些原料將其進行反應降低這些基團的活性，從而達到這些基團不參加目標反應的目的，降低副反應發(fā)生，以提高反應的產率。當然目前廣泛介紹的鈍化手段只有上述幾種，但是鈍化手段作為與活化手段的機理相反但是最終目標相同的一種合成原理，仍是一種相當重要的化學技巧。參考文獻[1]文瑞明.選擇性的控制在有機合成中的應用.[j]益陽師專學報，1996年6月第13卷第5期.82[2]孫東成.電子效應對有機物性質的影響.[j]成人教育學報，1998年第2期.34.[3]李改枝.空間效應對有機物性質的影響.[j]內蒙古師范大學學報（自然科學版），1997年第2期.45.[4]李改枝,李桂枝.空間效應對有機反應的影響.[j].內蒙古師范大學學報（自然科學版），1999年3月第28卷第1期.39.[5]邢孔強.有機合成中導向基的應用.[j].陜西：師范大學學報(自然科學版),2001年5月.74.[6]馮有義.有機合成中的導向作用.[j].遼寧：遼寧師范大學學報(自然科學版),1989年4月.47.[7]嵇耀武.有機物合成路線與設計技巧.[m].北京：科學出版社，1984年.146.[8]巨勇、趙國輝、席嬋娟.有機合成化學與路線設計.[m].北京：清華大學出版社，2002年.