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倒著思考:逆合成

合成中最有用的單一規劃技能,就是從目標分子倒推。了解什麼是切斷,如何找出值得斷開的鍵,以及為什麼藥物化學家規劃路線的方式與全合成化學家不同。

逆合成到底是什麼

當你看著一個想要合成的分子時,你買不到它——但你通常能買到、或者已經擁有更簡單的片段。逆合成就是這樣一門功夫:在腦海中把目標分子一根鍵一根鍵地拆開,直到每一塊都是可以購買或容易製備的東西。每一次想像中的斷鍵叫做一次切斷,它留下的片段稱為合成子。巧妙之處在於你以實際化學反應的*相反*方向來推理:先倒著規劃,再正著做反應。

一個好的切斷對應著一個你信得過的*真實*正向反應。如果你沒有可靠的方法把某根鍵再次形成,斷開它就毫無意義。所以逆合成箭頭(畫作 ⇒)其實是「我知道有一個反應能構建這根鍵」的簡寫。其中的藝術在於選擇那些能回溯到便宜、穩定、易得的砌塊的切斷。

藥物化學家如何不同地規劃

做一個複雜天然產物全合成的化學家,會接受一條漫長而巧妙的路線。藥物化學家的目標不同:要快速做出同一骨架的*許多*類似物,好讓團隊讀懂構效關係。這徹底改變了路線選擇。你想要一個匯聚式的方案,把你將要變化的那部分——R-基團——放在*最後*一步,從一份多樣化的砌塊菜單中引入。這樣單一的後期中間體就能分支出幾十個終產物。

  1. 畫出目標分子,區分固定的核心與你想探索的可變區域。
  2. 把第一刀切斷放在能讓可變基團脫落的位置——最好是醯胺、胺或偶聯鍵。
  3. 繼續切斷核心,直到每個片段都是目錄中的砌塊,或離它只有一步之遙。
  4. 對每一步正向反應做官能團相容性核查——早先引入的基團能否在後續步驟中存活?
Target:  Ar–C(=O)–NH–R    (an amide)

Disconnection 1 (amide bond):
  Ar–C(=O)–NH–R  ⇒  Ar–C(=O)–OH  +  H2N–R
  forward = amide coupling (last step; R varied from a menu of amines)

Disconnection 2 (biaryl C–C, on the acid piece):
  Ar–C(=O)–OH    ⇒  Ar'–Br  +  (HO)2B–Ar''(CO2H)
  forward = Suzuki coupling

Both Ar'–Br and the boronic acid are catalog building blocks.
一個兩刀切斷的方案,把可變的胺放在最後一步——非常適合類似物系列。