化学合成入门攻略前言:本攻略偏工艺,偏实际应用,理论方面不做过多的讲解。
不懂的地方请翻阅《基础有机化学》。
大致分为试剂篇,反应操作篇,分析检测篇,和后处理篇。
试剂篇:介绍常用的溶剂,碱,酸,氧化剂和还原剂。
溶剂:溶剂根据极性可以分为三大类: 非极性溶剂:THF,DCM,EA,dioxane,toluene偶极溶剂:DMF,DMSO,ACN,acetone .....质子溶剂:水,甲醇,乙醇 ....一般来说,质子溶剂有利于SN1反应,偶极溶剂有利于SN2反应。
在偶极溶剂中,亲核性顺序是F> Cl-> Br-> I-,在质子溶剂中相反。
DMF:N,N- 二甲基甲酰胺,对大多数有机物有着很强的溶解性,沸点高。
常用作SN2 反应的溶剂,或者用于高温反应,或者在底物在其他溶剂中溶解性差的时候也会使用。
溶剂用量一般3~4V,反应结束后加3倍量的水稀释,然后用EA或者MTBE萃取。
DMF也可以作为甲酰化试剂在芳环上引入甲酰基,另外DMF中可能有少量的二甲胺会导致胺甲基化的副产物生成。
DMA:N,N-二甲基乙酰胺,和DMF类似。
沸点更高。
DMSO:二甲基亚砜,和DMF类似。
DMS迹可以作为氧化剂参与一系列的氧化反应,比如Swern氧化,用DMSO将醇氧化成醛。
NMP:N-甲基吡咯烷酮,和DMF类似。
ACN:乙腈,常用于SN2反应作溶剂。
乙腈和水混溶,但是能和盐溶液或者碱液很好的分层。
THF:四氢呋喃。
除了作为一般溶剂,还常用在氢化钠,格氏试剂,丁基锂等强碱参与的反应,由于这类反应怕水,应当注意严格控制水分(一般要控制溶剂水分0.1%),并做好氮气保护。
2-Me-THF:甲基四氢呋喃。
与THF不同的是,THF和水混溶,而甲基四氢呋喃和水是分层的(但是能溶解16%的水)。
所以用甲基四氢呋喃可以简化后处理,但是缺点是甲基四氢呋喃比较贵。
DCM:二氯甲烷。
常用的反应溶剂和萃取溶剂。
沸点低,和水不互溶(溶解4%的水)。
注意后处理分液的时候有机层在下层(其他大多数有机溶剂在分液的时候都是在上层)注意DCM在强碱性下会生成卡宾,可能导致一些副反应生成。
注意DCM虽然属于低毒,但是由于其沸点低,易挥发,对人体的危害仍然不可轻视。
氯仿:三氯甲烷。
禁用,毒性太大。
可以用DCM代替。
EA:乙酸乙酯。
常用的反应溶剂和萃取溶剂。
注意碱性条件下容易水解,导致分液时乳化。
EA虽然与水分层,但是EA中能溶解10%的水。
所以在用EA萃取后,有机相往往需要用卤水洗一下再干燥以除去水分。
IPAc醋酸异丙酯。
和EA类似。
与EA相比,相对不容易水解,对水的溶解度也更小。
缺点是贵。
MTBE甲基叔丁基醚。
常用的反应溶剂和萃取溶剂。
相比于EA它对DMF和水的溶解度更小,所以在处理DMF反应的时候,用MTBE乍为萃取溶剂比用EA要容易除去DMF缺点是味道很不友好。
Et2O 乙醚。
禁用,易爆。
可以用THF, MTBE等代替。
Toluene甲苯。
和水共沸是它最大的特点。
常常在一些生成水的可逆反应中,用分水器除去反应中的水而使反应正向进行。
后处理中用甲苯共沸除去产物中的水也是常用的操乍。
MeOH:甲醇。
常用的反应溶剂和结晶溶剂。
在加氢,硼氢化钠还原等反应中往往乍为首选。
甲醇/水体系是常用的结晶体系。
EtOH:乙醇,和甲醇类似。
基本无毒。
IPA异丙醇。
和甲醇类似。
IPA常单独作为结晶溶剂。
PE石油醚,过柱子用溶剂,有时候也用来做结晶溶剂或者打浆溶剂。
Hep正庚烷,和PE类似。
不同的是,PE是多组分的混合物,正庚烷是单组分的化合物。
在放大生产中,多使用Hep来代替PE= Hep/EA是常用的结晶体系。
Hep和水共沸,有时候抽滤含水物料的时候,会用Hep来淋洗,使得物料中的水分更容易被烘干。
碱:包括有机碱和无机碱有机碱:TEA DIPEA DBU NMM醇钾,醇钠,烷基锂,格氏试剂……无机碱:氢化钠, 氢氧化钠,氢氧化钾,氢氧化锂,碳酸钾,碳酸铯,碳酸钠,碳酸氢钠 ...TEA:三乙胺。
常加入反应中作为缚酸剂。
和水互溶,有机相里的三乙胺可以用水洗掉。
在过柱子的时候,有些碱性化合物挂柱,可以通过在洗脱剂里添加0.5%的三乙胺来帮助洗脱。
DIPEA(或DIEA):二异丙基乙胺。
与三乙胺类似。
不同的是,DIEA 的空间位阻较大,在一些情况下,使用DIEA 可以避免手性化合物消旋。
KHMDS:六甲基二硅氨基钾,强有机碱。
常用的是它的THF溶液。
类似的还有NaHMDS,LiHMDS HMDS.强弱依次递减。
t-BuOK :叔丁醇钾。
强碱,常用于拔羟基的氢,来构建醚。
用的多是固体,搭配四氢呋喃使用,市场上也有卖溶液。
叔丁醇钾本身较为安全,但是如果叔丁醇钾的固体粉末和易燃物(比如脱脂棉)放在一起,还是会自燃的。
丁基锂:有正丁基锂,仲丁基锂,叔丁基锂三种。
强碱,常用来拔碳氢形成碳负离子。
一般使用的是它们的溶液。
在空气中极度易燃,使用时需要做好严格的氮气保护和防护措施。
如果发生泄漏着火,立刻用沾上冰乙醇的抹布盖上。
(用液氮冷却至-50C以下的乙醇,切忌用常温的乙醇)。
很危险,放大中尽量避免使用。
淬灭反应可以用氯化铵溶液,冰醋酸,稀盐酸等。
低温淬灭可以减少消旋。
格氏试剂:有广泛的作用,主要是与羰基反应,在结构中引入各种烷基,比如用乙烯基溴化镁引入乙烯基。
LDA:二异丁基氨基锂。
比丁基锂弱,也是用来拔碳氢。
虽然市场上有卖现成的溶液。
但是往往自己现做现用的质量更好。
将正丁基锂滴加到二异丁基胺的四氢呋喃里即可制备。
NaH: 钠氢(或者叫氢化钠)。
比叔丁醇钾强的碱,可以拔碳氢。
注意一般使用的钠氢是含量只有60%左右,其余的成分是用来保存钠氢的煤焦油。
钠氢也属于比较容易自燃的化合物,在放大生产中尽量避免使用。
碳酸铯:碱性强弱:碳酸铯〉碳酸钾〉碳酸钠>碳酸氢钠。
有些反应受碱的强弱影响较大,这时候就需要筛选合适的碱来达到最佳反应条件。
氢氧化钠:常用于调节体系的PH,或者在水解反应中使用,碱性强于氢氧化锂,弱于氢氧化钾。
注意配制氢氧化钠水溶液时候会剧烈放热以及氢氧化钠粉尘会呛鼻。
酸:常用的就是盐酸,硫酸和冰醋酸。
主要作用就是反应中和后处理中控制调节体系的PH值。
这里也顺便介绍一下一些酸的衍生物。
盐酸:氯化氢的水溶液。
浓盐酸的质量分数是36%密度1.18,摩尔浓度是122根据需要稀释成不同浓度的稀盐酸使用。
硫酸:浓硫酸的质量分数是98%密度1.8,摩尔浓度18N。
注意稀释浓硫酸的时候要把浓硫酸往水里慢慢倒,边倒边搅拌散热。
切忌把水往浓硫酸里倒。
HOAc:冰醋酸。
常用的有机弱酸,在各类反应中使用提供弱酸性环境,也可以直接作为溶剂使用。
氯化亚砜:常用的一种酰氯。
用于将有机酸制备成酰氯。
然后再进一步用于合成酯或者酰胺。
反应中过量的氯化亚砜可以被浓缩除去或者通过正庚烷打浆除去。
氯化亚砜也可以搭配DMF使用来做甲酰化。
注意氯化亚砜剧毒。
草酰氯:和氯化亚砜作用类似。
活性弱于氯化亚砜。
好处是反应副产物是二氧化碳,对环境比较友好。
POCl3:三氯氧磷。
和氯化亚砜类似。
注意三氯氧磷应该用温水来淬灭,因为三氯氧磷和冰水反应慢,用冰水淬灭可能出现蓄积然后突然喷料的情况。
氧化剂:氧化反应往往有着不安全,难处理,不经济等特点。
所以在放大生产中,一般尽量避免氧化反应。
只有醇氧化成醛的反应比较常用,比如二氧化锰,Dess-Marting 试剂,PCC DCC等等。
还有一些不对称氧化比如0S04-NM。
DDC可能有一定价值。
此处不再做详细介绍。
还原剂:还原反应虽然也有着不安全,难处理,不经济等特点。
但是用的还挺多。
所以还是大概介绍一下。
氢气:钯碳加氢是常用的还原反应,多使用醇作为溶剂。
注意钯碳在干燥的时候非常易燃。
反应的时候应该做好严格的氮气保护,后处理的时候千万不能把钯碳抽干。
硼氢化钠:强还原剂,还原醛酮为醇。
多用醇作为溶剂,一般加0.5~1 当量。
醋酸硼氢化钠:弱还原剂,主要在还原胺化反应中用来还原亚胺,也能还原一些醛酮,一般加3~5Mz当量。
氰基硼氢化钠:弱还原剂,和醋酸硼氢化钠类似,用于还原亚胺,不过往往需要加点醋酸来催化反应。
硼氢化锂:比硼氢化钠还原性强。
不过也更易燃,使用时候应该注意避免接触可燃物。
硼氢化钾:和硼氢化钠类似,优势是不容易吸潮,在工业上用的比较多。
DIBAL-H: 二异丁基氢化铝。
用的是它的溶液。
还原酯或者酰胺成醛。
后处理加水淬灭,加氢氧化钠水溶液将铝转化成偏铝酸钠洗去。
LiAlH4 :四氢铝锂,强还原剂,还原酯,酰胺,酸成醇。
常用的是它的固体,非常易燃。
放大生产禁止使用。
现在市场上有卖四氢铝锂的四氢呋喃溶液,相对安全很多。
硼烷:还原酸或者酯成醇。
危险易爆,尽量不用。
锌粉:多在还原硝基的时候用。
使用前应该用稀盐酸洗掉表面的氧化层活化。
反应操作篇常见概念:V表示体积数,e.q表示当量数,即摩尔比,wt%表示质量比,。
以投1kg的起始物料(SM1)为例,溶剂加5V表示加5L。
另一个物料加 2.0eq,表示的是摩尔数是SM1的摩尔数的2倍。
50%wt%表示加0.5kg 。
投料:投料之前要应该知道原料的质量,新买来的原料应该送LCMS和核磁。
称量:关键物料称量误差± 1%,非关键物料称量误差± 5%. 对于一些不能暴露空气中的物料(比如易吸潮,易自燃的物料)应该采用减量法来称量。
氮气置换:怕水怕空气的反应要做好氮气置换,一般置换三次。
搅拌:使用机械搅拌和磁力搅拌有时候会导致反应结果不同,对于非均相反应或者是量较大的反应,尽量使用机械搅拌。
加热:超过40C的反应要加冷凝管。
油浴锅不要超过150C,更高温度的反应用加热套来做。
降温:怕水的反应应该先做好氮气置换,保持氮气正压再去冷却。
常用的降温手段:冰水浴降温到0~5C,冰盐浴能降温到-5~0C,冰块加乙醇降温-10~- 5 C,丙酮干冰降温-65 C,乙醇液氮降温-78C以下。
加料:注意观察加料时候的温度变化,如果加料放热,应该缓慢滴加或者分批加料防止飚温。
对于产生气体的反应,应该注意观察鼓泡器的鼓泡情况来控制加料速度。
分析检测篇:TLC:薄层色谱,俗称点板。
注意样品点要点在同一水平线上,点要小而圆,直径不超过2mm样品不要太浓,否则会过载(爬大板的话,上样量30~40mg。
常用展开剂主要有EA/PE体系和DCM/MeOH 体系,调整展开剂的极性使得目标点的比移值在0.3~0.8 比较好。
注意展开时候展开剂不要没过样品点。
显色方法有紫外灯(具有强共轭的结构才有紫外)和显色剂。
显色剂常用有磷钼酸(需要用烘枪烤,还原性物质显蓝色),高猛酸钾(需要电吹风烤,还原性物质显黄色),碘(广谱显色剂,将板子插进去拔出来即可,对有氨基结构的显色强),二硝基苯肼(对醛酮显色),溴甲酚绿(对酸显色)LCMS:液质。