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倒着思考:逆合成

合成中最有用的单一规划技能,就是从目标分子倒推。了解什么是切断,如何找出值得断开的键,以及为什么药物化学家规划路线的方式与全合成化学家不同。

逆合成到底是什么

当你看着一个想要合成的分子时,你买不到它——但你通常能买到、或者已经拥有更简单的片段。逆合成就是这样一门功夫:在脑海中把目标分子一根键一根键地拆开,直到每一块都是可以购买或容易制备的东西。每一次想象中的断键叫做一次切断,它留下的片段称为合成子。巧妙之处在于你以实际化学反应的*相反*方向来推理:先倒着规划,再正着做反应。

一个好的切断对应着一个你信得过的*真实*正向反应。如果你没有可靠的方法把某根键再次形成,断开它就毫无意义。所以逆合成箭头(画作 ⇒)其实是「我知道有一个反应能构建这根键」的简写。其中的艺术在于选择那些能回溯到便宜、稳定、易得的砌块的切断。

药物化学家如何不同地规划

做一个复杂天然产物全合成的化学家,会接受一条漫长而巧妙的路线。药物化学家的目标不同:要快速做出同一骨架的*许多*类似物,好让团队读懂构效关系。这彻底改变了路线选择。你想要一个汇聚式的方案,把你将要变化的那部分——R-基团——放在*最后*一步,从一份多样化的砌块菜单中引入。这样单一的后期中间体就能分支出几十个终产物。

  1. 画出目标分子,区分固定的核心与你想探索的可变区域。
  2. 把第一刀切断放在能让可变基团脱落的位置——最好是酰胺、胺或偶联键。
  3. 继续切断核心,直到每个片段都是目录中的砌块,或离它只有一步之遥。
  4. 对每一步正向反应做官能团相容性核查——早先引入的基团能否在后续步骤中存活?
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.
一个两刀切断的方案,把可变的胺放在最后一步——非常适合类似物系列。