逆向合成分析法之切断技巧

有机化合物是由骨架、官能团和立体构型三部分组成。有机化合物的性质主要是由分子中官能团决定的，但官能团是附着在骨架之上，所以在考虑有机合成时应优先考虑骨架的形成，官能团才会有归宿。但同时，骨架的形成又离不开官能团的作用，碳碳键形成的位置常在官能团所在位置或受官能团影响的部位上，因而要形成碳碳键，必须先要引入成键反应所要求的官能团。可见骨架形成和官能团的引入是设计合成路线最基本的两个要素，尤其以骨架的形成是设计合成路线的核心。

[ 优先考虑骨架的形成]

考虑骨架的形成时，首先要研究目标分子的骨架和已知原料的骨架，结合题给增长碳架的反应，找到碳架切断部位并通过变化官能团来实现反应。

试用乙醛为原料制备苹果酸。

解析 先考虑骨架的形成，苹果酸分子有4个碳，乙醛分子有2个碳，结合已知信息②可知基本思路如下：

[HO―C―CH3→乙醛][O] [CH2―C―OH 乙酸→乙醛][O] [OH] [信息①][信息②][苹果酸]

[ 在官能团上或附近切断]

官能团是决定有机物特殊化学性质的原子或原子团，利用有机物的结构特征，结合官能团的性质，在官能团上或官能团附近进行切断，是有机合成逆向分析的重要方法。

例2 写出以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制备[CH2][CH2][―][O―C = O] [CH2]的各步反应方程式。

解析 在官能团上或附近切断，如图在图1的虚线处切断即可解决问题，

[CH2][CH2][―][O―C = O] [CH2]

图1

基本思路为：

[→HO―CH2―CH2―CH2―C―OH][O] [O] [CH2][CH2][―][O―C = O] [CH2]

[HO―CH2―CH2―CH2―CH][O] [O] [→]

[→][Cl―CH2―CH2―CH2―CH][O]

→Cl―CH2―CH2―CH2―OH

[ 优先在杂原子处切断]

碳原子与杂原子形成的键极性较强，一般较易形成，对分子框架的建立及官能团的引入可起指导作用，所以目标分子中有杂原子时，可优先选用这一策略。

例3 化合物 [―NH―CH2―] [COOH] 是一种合成药品的中间体，试以甲苯为主要原料设计其合成路线。

已知：R―CH2―Cl+R′―NH2[一定条件]R―CH2―NH―R′+HCl

解析 在除C、H、O外其他杂原子处切断，如图2虚线所示，结合已知信息可形成思路为：

[―NH―CH2―] [COOH]

图2

[―NH―CH2―] [COOH] [Cl―CH2― →] [―CH3+Cl2] [―CH3][COOH] [―NH2][→] [COOH] [―NO2] [CH3] [―NO2][→][→]

[ 将目标分子回推到适当阶段再切断]

有些目标分子并不是直接由一步反应直接合成，而是由小分子经过若干步反应进行碳架增大的多种变化才能成为目标分子，因此应先将目标分子回推到适当阶段，然后在进行分子的切断。

例4 PCT是一种新型聚酯材料，其结构简式如下图所示，试以合适的材料设计其合成路线。

[H3CO―C― ―C―O―CH2― ―CH2―O―H] [O] [O] [n]

解析 将目标分子水解回推到适当阶段，即可形成思路如下：

[H3CO―C― ―C―O―CH2― ―CH2―O―H] [O] [O] [n]

[CH3OH] [HOH2C― ―CH2OH→HOH2C― ―CH2OH][HO―C― ―C―OH][O] [O] [→HOH2C― ―CH2OH]

[ 利用分子的对称性来切断]

有些目标分子具有对称面或对称中心，利用分子的对称性可以使分子结构中新的相同部分同时接到分子骨架上，从而使合成问题得到简化。

例5 添加塑化剂可改善白酒等饮料的口感，但不应超过规定的限量。DBP是一种酯类塑化剂，其结构简式如下图所示，请以邻二甲苯和乙醛为原料，结合已知信息，设计合适的路线合成DBP。

[―COO―（CH2）3CH3][―COO―（CH2）3CH3][DBP]

已知以下信息：

解析 利用分子结构的对称性可知，只需要考虑一半取代基的变形即可，思路如下：

[―COO―（CH2）3CH3][―COO―（CH2）3CH3] [―COOH][―COOH] [―CH3][―CH3] [信息①][CH3（CH2）2CH2OH] [信息②][CH3―CH=CHCHO][CH3CHO] [信息②][DBP]