药物合成反应—还原反应
药物合成反应_第七章_还原反应
肼NH2-NH2或二酰亚胺NH=NH，可选择性还原非极性重键（如C=C、碳碳叁键、N=N）， 而不影响极性重键（如C=N、腈基、硝基等）。
Ph
C
C
Ph
NH2 NH2 Cu2 + 空气
Ph CH2CH2 Ph
(80%)
烯 ︑ 炔 烃 的 还 原
C7H7SO2NHNH2 CH2 CH CH2 S S CH2 CH CH2 △ C3H7SSC3H7
硝基可被还原为氨基，常用的条件为铁粉+酸、锌或锡+酸、硫化物（如Na2S，Na2S2等）。
O2N
C C C H H O COOEt Fe/HOAc EtOH+H2O NO2
NH2 COOEt
Fe/NH4Cl
H2N
C C C H H O NH2 Na2S
NH2
NO2
硝 基 的 还 原
NO2 NH2
NO2
NaBH4-AlCl3不影响硝基；
HOOO (CH2)4 COOEt
B2H6 / THF -18 C, 10h
0
HOCH2 (CH2)4 COOEt
(88%)
硼烷或乙硼烷与羧基反应最快，如果控制低温和用量，可选择性优先还原羧基而不影响硝
基、卤素、酰卤、氰基、酯基、醛、酮等，选择性非常优秀。
4
硝基的还原 肟和亚甲胺的还原 偶氮、叠氮的还原
OH
NO2
饱 和 醛 酮 的 活 性 大 于 α,β-不 饱 和 醛 酮
2
醇铝为还原剂（Meerwein-Ponndorf-Verley反应）
在异丙醇铝中，醛、酮被还原为醇，取而代之的是异丙醇被氧化为丙酮；此反应可看做是 Oppenauer氧化的逆反应。
还原反应
9 还原反应通过还原反应，可将不饱和结构转化为饱和结构，将羰基化合物转化为醇，等等，可以实现多种官能团的转化，在药物合成中有着广泛的应用。
本章主要内容为，碳-碳(杂)不饱和结构的还原，多种含氧不饱和结构的化学还原以及氢解等，催化多相加氢等大工业生产常见的还原过程以及生物法还原不在本章重点讨论范围之内。
9.1多相催化加氢、催化转移氢化和均相催化加氢多相催化加氢可以完成从酰卤、炔烃、酮、硝基物、芳烃到羧酸，几乎所有不饱和结构的还原。
多相催化加氢以氢气为氢源，适应面广，但有时需加压，而且当底物中存在多个活性基团时，存在还原的选择性问题。
不同官能团被还原的反应活性不同，催化剂及反应条件也不同。
通常情况下，表9.1的内容可作为催化加氢活性顺序(及反应条件)的参考。
表9.1 不同官能团加氢难易顺序表(易→难)当底物分子中含多个可还原基团时，处在表的前部的基团将被优先还原。
例如还原不饱和醛的羰基，可用加氢法，如果是还原其双键，则加氢法不合适。
催化加氢反应示例：Finasteride中间体的合成。
与多相催化加氢用氢气作氢源不同，催化转移氢化的氢源为有机化合物，通常为不饱和脂环烃、不饱和萜类或醇，如环己烯、alpha-蒎烯和异丙醇等。
所用催化剂可以是钯黑或钯/碳，铂和铑的活性较低，而镍一般用于醇作氢源的反应。
催化转移氢化主要适用于碳-碳不饱和键、硝基、偶氮基、亚胺基和氰基的还原，也可用于碳-卤键、苄基及烯丙基的氢解。
具有反应条件温和，操作简单，基团选择性好等优点。
表9.2列举了更多的应用实例。
表9.2 一些催化转移氢化应用实例均相催化加氢的主要特点是催化剂以分子态溶解在反应介质中，起催化作用，其氢源为氢气。
选择性好，反应条件温和。
催化剂一般为第VIII族过渡元素Rh、Ru、Ir、Co以及Pt等的配合物。
常见的配体是Cl、CN、PPh3、CO和胺等给电子体。
在药物合成中，均相催化法主要应用于碳-碳双键的选择性还原，见表9.3。
还原反应
9 还原反应通过还原反应，可将不饱和结构转化为饱和结构，将羰基化合物转化为醇，等等，可以实现多种官能团的转化，在药物合成中有着广泛的应用。
本章主要内容为，碳-碳(杂)不饱和结构的还原，多种含氧不饱和结构的化学还原以及氢解等，催化多相加氢等大工业生产常见的还原过程以及生物法还原不在本章重点讨论范围之内。
9.1多相催化加氢、催化转移氢化和均相催化加氢多相催化加氢可以完成从酰卤、炔烃、酮、硝基物、芳烃到羧酸，几乎所有不饱和结构的还原。
多相催化加氢以氢气为氢源，适应面广，但有时需加压，而且当底物中存在多个活性基团时，存在还原的选择性问题。
不同官能团被还原的反应活性不同，催化剂及反应条件也不同。
通常情况下，表9.1的内容可作为催化加氢活性顺序(及反应条件)的参考。
表9.1 不同官能团加氢难易顺序表(易→难)当底物分子中含多个可还原基团时，处在表的前部的基团将被优先还原。
例如还原不饱和醛的羰基，可用加氢法，如果是还原其双键，则加氢法不合适。
催化加氢反应示例：Finasteride中间体的合成。
与多相催化加氢用氢气作氢源不同，催化转移氢化的氢源为有机化合物，通常为不饱和脂环烃、不饱和萜类或醇，如环己烯、alpha-蒎烯和异丙醇等。
所用催化剂可以是钯黑或钯/碳，铂和铑的活性较低，而镍一般用于醇作氢源的反应。
催化转移氢化主要适用于碳-碳不饱和键、硝基、偶氮基、亚胺基和氰基的还原，也可用于碳-卤键、苄基及烯丙基的氢解。
具有反应条件温和，操作简单，基团选择性好等优点。
表9.2列举了更多的应用实例。
表9.2 一些催化转移氢化应用实例均相催化加氢的主要特点是催化剂以分子态溶解在反应介质中，起催化作用，其氢源为氢气。
选择性好，反应条件温和。
催化剂一般为第VIII族过渡元素Rh、Ru、Ir、Co以及Pt等的配合物。
常见的配体是Cl、CN、PPh3、CO和胺等给电子体。
在药物合成中，均相催化法主要应用于碳-碳双键的选择性还原，见表9.3。
药物合成反应
1、药物合成反应中反应类型有哪些？①按有机分子的结构变换方式分：新基团的导入反应；取代基的转化反应；有机分子的骨架。
②按反应机制分：极性反应（a.亲核试剂、b.亲电试剂）；自由基反应；协同反应2、药物合成反应主要研究对象：化学合成药物3、化学品的安全使用说明书——MSDS1、混酸硝化试剂的特点有哪些？①硝化能力强；②氧化性较纯硝酸小；③对设备的腐蚀性小4.硝酸与醋酸酐的混合酸特点：1.反应条件温和使用于易被氧化或易被混酸分解的化合物的硝化反应2.醋酸酐对大部分化合物具有较好的溶解能力，可使反应易于在均相条件下进行，促进反应进行3.在芳香环的硝化反应中，主要发生单硝化，而且主要发生在邻对位定位基的邻位，属于领位硝化剂4.硝化能力强5.硝酸在醋酸酐中可以任意比例溶解，常用的浓度为含硝酸10%--30%缺点：是不能久置，久置容易生成四硝基甲烷引起爆炸，所以必须使用前临时制备2、硝化试剂的活泼中间离子为：硝酰正离子NO2○+（在硝酸和醋酸酐作为混合硝化剂中，除NO2○+还有N2O5，CH3COON2H○+）重氮化反应：1.、重氮化反应定义：含有伯氨基的有机化合物在无机酸的存在下与亚硝酸钠作用生成重氮盐的反应。
2.常用的重氮化试剂一般是由NaNO2/HCL NoHSO4/H2SO4 CuSO4 磷酸/H2SO4 CH3OH 。
3.Sandmeyer反应（桑德迈尔反应）定义定义:在氯化亚铜或溴化铜的存在下，重氮基被氮或溴置换的反应;重氮基被氰基置换：将重氮盐与氰化亚铜的配合物在水介质中作用，可以使重氮基被氰基置换，该反应也称Sandmeyer。
4、常用的重氮化试剂一般是由盐酸、硫酸、过氯酸和氟硼酸等无机酸与亚硝酸钠作用产生。
5、硝化反应定义：指向有机分子结构中引入硝基（—NO2）的反应过程，广义的硝化反应包括生产（—NO2、N—NO2和O—NO2）反应。
6、重氮化反应定义：含有伯氨基的有机化合物在无机酸的存在下与亚硝酸钠作用生成重氮盐的反应。
药物生物合成反应类型
实 例
H 瘤胃细菌 HOOC N H O (R u m e n b a c te ria ) HOOC C H C H H C H COOH
H2N
5 -酮 基 已 内 酰 胺
谷氨酸
2. 醚的开裂
C O CH2 R COH
CH O R或 H
CH3 R或 H
CHOH
C
O
CH3
COH
实 例
HO O C H 2C O O H 分 节 孢 子 杆 菌 SP. (A rth ro b a cte riu m S P .) HO OH
生物合成反应类型：
一、氧化反应 二、还原反应 三、水解反应
五、胺化反应
六、酰基化反应
七、脱羧反应
八、脱水反应
四、缩合反应
一、氧化反应
1. 单一氧化反应
C H 2O H CHO
CHO
C H 2O H
COOH
COOH
CHOH
CO
CH3
CHO
CH3
COOH
CH2
CO
CH2
COOH
实 例
C H 2O H 1. 产 黄 青 霉 Q 176 2. 假 单 胞 菌 PI (1 . P en icilliu m ch ry so g en u m Q 176) (2 . P seu d o m o n as P I) 苄醇 苯甲醛 CHO
O C O C R COH
O C O C R COH
R
CO SR
R
COOH
实 例
H 2C C O N O COOH Cl 7 -氯 苯 乙 酰 头 孢 菌 素 C Cl 7 -氯 苯 乙 酰 -3 -脱 乙 酰 头 孢 菌 素 C C H 2O C C H 3 H N S O 大肠杆菌 (B a c te riu m c o li) O COOH H 2C C O N C H 2O H H N S
药物合成反应(全)
O
O
C2H5 C2H5
NH ONa
HCl
C2H5
NH
C2H5
NH O
NH
O
O
盐酸普鲁卡因（ProcaineHydrochloride)的合成
➢ 盐酸普鲁卡因为局部麻醉药，作用强，毒性低 ➢ 临床上主要用于浸润、脊椎及传导麻醉 ➢ 化学名为对氨基苯甲酸2-二乙胺基乙酯盐酸盐 ➢ 化学结构式为：
H2N
化学选择性 化学选择性
区域选择性
化学选择性
我国抗癌药物紫杉醇合成成功
文章来源: 健康报
第四军医大学化学教研室张生勇教授课题组经过9年攻关， 在国内首次利用手性催化技术合成出抗癌药物紫杉醇。
紫杉醇和多烯紫杉醇是高效、低毒、广谱的抗癌药，广 泛用于治疗乳腺癌、卵巢癌、子宫癌等妇科肿瘤，对于某些 晚期肿瘤也有明显疗效。
Br2 CH3 COOH
P
O BrCH2 C-Br
X
溴乙酰溴
Br2 PCl3
BrCH2COOH
NH3 NH2-CH2COOH
第三节 醇、醚的卤素置换反应
一、醇的卤素置换反应
1 与HX反应 HI﹥HBr﹥HCl﹥HF 叔﹥仲﹥伯
2 与氯化亚砜、氯化砜的反应
S O2Cl
o C2O H H P y
o C2C H l
1S,2S (+)
仅1R,2R（-）型有抗菌活性, 临床使用
合成路线如下
O2N
Br2 , C6H5Cl COCH3
O2N
COCH2Br (CH2)6N4 , C6H5Cl O2N
COCH2Br(CH2)6N4
C2H5OH HCl , H2O O2N
(CH3CO)2O COCH2NH2 . HCl CH3COONa O2N
药物合成重要反应
药合名词解释和重要反应（广医药学）一、名词解释1、靶分子：（Target Molecule）:就合成设计而言，凡是所需合成的有机分子均可成为“靶分子”，或者是最终产物，或者是有机合成中的某一个中间体。
2、合成子（Synthons）:反合成分析时，目标分子切割成的片段（Piece）叫合成子3、逆合成分析：也称为反合成分析，即由靶分子出发，用你想切断、连接、重排和官能团互换、添加、除去等方法，将其变换成若干中间产物或原料，然后重复上述分析，直到中间体变换成所有价廉易得的和橙子等价试剂为止。
4、化学选择性：取决丁不同官能团的反应差异。
区域选择性：取决丁活性基团周围不同位置的反应性差异。
5、立体选择性：涉及产物分子的相对或绝对立体化学问题。
6、逆向切断（dis）:用切断化学键的方法把靶分子骨架剖析城不同性质的合成子，成为逆向切断。
7、逆向官能团转化（con）：在不改变靶分子基本骨架的前提下变换官能团的性质或所处位置的方法，包括逆向官能团转换（FGI）、逆向官能团添加（FGA）和逆向官能团除去（FGR）。
8、等价物（Equivalent）:与合成子相对应的化合物。
9、切断（disconnection）：目标化合物剖析的一种处理方法，想象在目标分子中有价键被打断，形成碎片，进而推出合成所需要的原料。
二、重要的化学反应（包括名解）1、卤化反应：在有机化合物分子中简历碳-卤键的反应称为卤化反应。
2、轻化反应：用轻基取代有机分子中的氢原子，包括在某些官能团或碳架上的氢原子，均称轻化反应。
3、酰化反应：在有机化合物分子中的碳、氧、氮、硫等原子上引入酰基的反应。
4、缩合反应：两个或多个有机化合物分子通过反应形成一个新的较大分子的反应或同一个分子发生分子内的反应形成新分子都可称为缩合。
5、重排反应：在同一分子内，某一原子或基团从一个原子迁移至另一个原子而形成新分子的反应。
6、氧化反应：有机物分子中氧原子的增加，氢原子的活除，或者两者兼而有之，不包括形成C-X、C-N、C-S的反应。
药物合成反应中的还原反应
③ 反 应 有 选 择 性 ， 还 原 -CHO,or C
Organic Reactions for Drug Synthesis
R
C
O+
H
C(Me)2 O
R'
Al
(OPr i)2
H
R
C(Me)2
C R'
NO2
NO2
O NaBH4 H2O
OH 酯 羰 基 不 被 还 原 （ LiAlH4能 还 原 酯 羰 基 ）
COOEt
COOEt
O
OH
1/4当 量 NaBH4
EtOH
O
O
饱 和 醛 酮 的 活 性 大 于 α,β-不 饱 和 醛 酮
Organic Reactions for Drug Synthesis
Organic Reactions for Drug Synthesis
特点：①还原能力强,除 C C ， C X 外，都被还原，选择性弱
②稳定性差，遇水、醇，-SH化合物分解,所以用无水醚为试剂
CHO LiAlH4
Et2O
CH2OH
OO CC
LiAlH4 Et2O
HH CC OH OH
Organic Reactions for Drug Synthesis
Organic Reactions for Drug Synthesis
二 还原成醇的反应
O R C R'
[H]
OH R C R'
H
1 金属复氢化合物还原剂 LiAlH4 KBH4
(1)LiAlH4为还原剂
R C
O + AlH4
R'
H2O R C OH
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O CH CH C Cl
[ LiAl-H OC(CH3)]3
(CH3OCH2CH2)2O ,50 ,r.t
NO2
O CH CH CH
(84%) NO2
催化氢化反应
1 1.催化氢化的概念 2 2.催化氢化的类型 3 3 3.催化氢化的影响因素和安全技术
催化氢化的概念
1 1.在催化剂的存在下，有机物（底物）与氢气反应
举例
O R C R (H)
[H] R CH2 R (H)
O R C R/ (H)
OH
[H] R CH
R/ (H)
R
C R/
O
R// NH2
R C NH
R/
-H2O
R R/ C
[ N R// H] R CH NHR// R/
OH
还原成烃基的反应
1 1.锌汞齐直接还原为烃（Clemmensen 反应） 2 2.乌尔夫－凯惜钠－黄鸣龙反应 3 3 3.催化氢化还原 4 4.金属氢化物还原 3
的二氯化汞水溶液处理后制得。
3 3.操作：将锌汞齐与羰基化合物在约5%盐酸中回流
，醛基还原成甲基，酮基则还原成亚甲基
案例分析
案例：抗凝血吲哚布芬的合成 ：
O
N
CH COOH Zn /(C2H5)O
HCl(g)
O
CH2 CH3
O
N
CH COOH (84%)
O
CH2 CH3
分析：Clemmensen 还原反应一般不能适用于对酸和热敏感的羟基
3 3 3.还原醛、酮
4 4.酰卤的还原
还原成醇的反应
1 1.金属复氢化物为还原剂 2 2.醇铝为还原剂
案例分析
案例：避孕药炔诺酮中间体合成。
OH C CH
KBH4/ EtOH 回流
O
HO
OH C CH
分析：在该底物中除了羰基外还有叁键、双键，故用 氢化铝 锂可能会一起被还原，而用氢化硼钾则可避免这样的情况。只 还原羰基，还不影响其它基团。
，使一些 C-O，C-X，C-S等键断裂，生成 C-H键的 过程称为催化氢化
催化氢化的类型
1 1.非均相催化反应 2 2.均相催化反应 3
催化氢化的影响因素和 安全技术
1 1.催化氢化的基本过程 2 2.催化剂 3 3 3.在药物合成中的应用
在药物合成中的应用
1 1.还原烯、炔烃 2 2.还原含氮化合物
举例
O2N
Fe/HOAc COOCH3 35-40 o C H2N
COOCH3
C6H 5
O N
O-
+ H2 -H 2O
C6H5-N=O
氢解
+ H2 加
C6H 5-N 氢
H OH
+ H2 - H2O
C 6H5-NH 2
氢解
醛、酮的还原
1 1.醛、酮通过还原反应可直接得到烃 2 2.还原得到相应的醇、酚 3 3.还原胺化反应，是转变羰基为胺或取代胺基
(90%)
硝基化合物和亚硝基化 合物的还原
1 1.金属还原剂 2 2.硫化物还原法 3 3 3.催化氢化法 4 4.复氢化物还原法 3
羧酸及其衍生物的还原
1 1.酰卤的还原 2 2.羧酸及酸酐的还原 3 3 3.酯及酰胺的还原
酰卤的还原
1 1.酰卤在适当的条件下反应，用催化氢化或金属氢化
物选择性还原为醛，此反应称Rosenmund 反应
还原胺化反应
1 1.羰基还原胺化反应 2 2.Leuckart 反应
羰基还原胺化反应举例
R R' C O R'' NH2
R R'
C
NH -H2O
OH
[ R
R' C
N R''
H] R R'
CHΒιβλιοθήκη NHR''
Leuckart 反应举例
CO CH3
HCOONH4 180 ~185
CH3 CHNH2
(66%)
2 2.收率一般在60%~95%之间，具有工业生产价值。
案例分析
案例：抗癌药苯丁酸氮芥中间体的制备：
CH3 CO NH
O C CH2 CH2 COOH
H2NNH2/H2O/KOH 140 ~160 ,1h
CH3CO NH
CH2 CH2 CH2 COOH (85%)
分析：乌尔夫-凯惜钠-黄鸣龙反应应用于本反应，适用于对酸敏感的吡 啶、四氢呋喃衍生物，对于甾族羰基化合物及难溶的大分子羰基化合 物尤为合适。分子中有双键、羰基存在，还原时不受影响，一般位阻 大的酮基也可被还原。
O HCON(CH3)2/HCOOH
N (CH3)2 (75%)
羰基化合物双分子还原 偶联反应
1 1.羰基化合物与镁汞齐或铝汞齐一起在苯中回流反
应，即发生双分子还原偶联，生成频哪醇。
2C6H5CHO
OSi(CH3)3 (CH3)2SiCl/Mg C6H5CHCHC6H5
OSi(CH3)3
H2O C6H5CHCHC6H5 OHOH
举例
CO
Clemmensen 反应
乌尔夫-凯异纳-黄鸣龙 催化剂
AlCl3/LiAlH4
CH2
C N NH2
CH2
CH2
CH2
Clemmensen反应
1 1.概：Clemmensen 反应是在酸性条件下，用锌汞
齐或锌粉还原醛基、酮基为甲基或亚甲基的反应称
2 2.还原剂处理：锌汞齐是将锌粉或锌粒用 5%~10%
药物合成技术
第七章 还原反应
目标要求
1 1.掌握常用的还原反应试剂及其特点 2 2.能够熟悉各种还原反应类型的原理及应用 3
还原反应概念
1 1.广义概验 2 2.狭义概验
还原反应举例
+3
CH2 C N
0
Ni
2H2 70
11
1
CH2 CH2 NH2
还原反应的类型
1 1.催化氢化反应 2 2.化学还原反应 3 3.生物还原反应 4 4.电解还原反应
化合物的还原，如采用比较温和的条件，即在无水有机溶剂（醚、 四氢呋喃、乙酐、苯）中，用干燥氯化氢与锌，于 0℃左右反应， 就可还原羰基化合物，扩大了本反应的应用范围。
乌尔夫-凯惜钠-黄鸣龙 反应
1 1.概：乌尔夫-凯惜钠-黄鸣龙反应是醛类或酮类在强碱
性条件下，与水合肼作用合成腙，进而放氮分解转变为 甲基或亚甲基。