药物合成反应

涵盖药物合成基本反应类型。以相应反应试剂或反应类型为主线

全书十二章，包括氧化反应、还原反应、卤化反应、烃基化反应、酰基化反应、缩合反应、杂环化合物合成、消除反应、重排反应、磺化反应、硝化反应、重氮化反应等，涵盖了药物合成反应的基本反应类型。每一类反应中，以相应反应试剂或反应类型为主线，尽量按照有机化合物的类型如烯、炔、醇、酚、醚、醛、酮、酸、含氮化合物、含硫化合物等进行详细论述。
可供从事药物、化学、应化、生化等行业科技工作者以及上述专业师生参考。

辛炳炜，山东德州学院，教授，    1990年毕业于山东师范大学化学系，并于同年在德州学院任教，从事有机化学的教学与研究工作。2003年于山东大学获理学硕士学位，2004-2007年于浙江大学读博士，并获博士学位，2009-2011年于山东大学博士后。
    多年来一直从事有机化学、药物合成化学的教学与科研工作，有丰富的教学和科研工作经验，积累了大量科技资料。尤其在有机合成、药物设计、药物合成、糖化学、核苷化学、生物有机、配位化学、有机晶体、杂环化学、药物反应、合成工艺优化等方面具有丰富的经验。曾主持多项省级科研项目。从1990年大学毕业至今，已经在有机化学领域工作了27年。
    已在靠前外杂志发表研究论文数十篇，如Chem. Soc. Rev.,2014,43, 7171-7187；Chem.Soc.Rev.,2010,39,769-782.；Current Organic Chemistry, 2016,20(5), 616-628; Sci. China, Ser. B: Chem.2014,57(7),1002-1009；. Chem. Soc. Pak. 2013，35(3), 673-677等。
    多年来为德州学院化学化工学院本科生主讲有机化学、药物合成化学课程，并为考研者主讲考研辅导课程。对有机化学、药物合成的基本反应有较深刻的理解。

章氧化反应
节无机氧化剂1
一、氧、臭氧1
1.氧1
2.臭氧6
二、过氧化氢9
三、锰化合物13
1.高锰酸钾13
2.二氧化锰18
四、铬化合物20
1.三氧化铬20
2.铬酸、重铬酸盐23
五、硝酸26
六、含卤氧化剂28
1.卤素28
2.次氯酸钠30
3.氯酸（溴酸）盐32
4.高碘酸33
七、过二硫酸盐和过一硫酸34
八、其他无机氧化剂35
1.四氧化锇35
2.二氧化硒37
3.过氧化镍40
4.氧化银、碳酸银40
5.铁氰化钾42
6.硝酸铈铵43
第二节有机氧化剂44
一、有机过氧酸及有关过氧化物44
二、烷基过氧化物47
三、异丙醇铝48
四、二甲亚砜51
五、四乙酸铅55
六、醌类59
七、二甲基二氧杂环丙烷（DMDO）60

第二章还原反应
节化学还原反应66
一、无机还原剂66
1.金属还原剂66
2.含硫化合物82
3.硼烷84
4.金属复氢化物88
5.肼和二亚胺97
二、有机还原剂100
1.烷氧基铝100
2.二氧化硫脲102
3.甲酸及其盐103
第二节催化氢化105
一、非均相催化氢化105
1.常用的催化氢化催化剂107
2.各种化合物的氢化反应109
二、均相催化氢化117
第三节催化转移氢化反应119
第四节氢解反应121
一、氢解脱苄基121
二、醚的催化氢解122
三、碳-硫键、硫-硫键的氢解123
四、催化氢解脱卤123
五、羧酸及其衍生物的氢解125
六、硝基化合物的氢解126

第三章卤化反应
节卤素卤化剂131
一、烷烃的卤化反应131
二、卤素与烯烃的亲电加成133
三、卤素与炔烃的反应136
四、卤素与不饱和键的自由基型反应138
五、芳烃的直接卤化138
六、芳环侧链的卤化143
七、醇的卤化143
八、醚类化合物α-氢的卤代144
九、羰基化合物的卤化144
十、羧酸的卤化反应149
第二节卤化氢149
一、卤化氢对烯键的加成反应149
二、溴化氢与烯键的自由基加成反应151
三、卤化氢与炔烃的加成152
四、卤化氢或氢卤酸与醇的反应153
五、氢卤酸与醚的反应154
六、α-卤代糖的合成155
第三节卤化磷和三氯氧磷156
一、醇、酚羟基的取代156
二、羰基的卤化158
三、羧酸的卤化160
第四节亚硫酰氯和硫酰氯161
一、亚硫酰氯161
1.亚硫酰氯与醇的反应161
2.亚硫酰氯与羧酸的反应163
3.亚硫酰氯的其他应用165
二、硫酰氯165
第五节其他卤化剂167
一、次卤酸和次卤酸盐(酯)167
二、N-卤代酰胺172
三、草酰氯178
四、光气、双光气和三光气180
五、酰氯和磺酰氯181
第六节特殊卤化剂181
第七节卤素置换反应185
一、卤素原子的交换反应185
二、芳环上其他基团被卤素原子取代188
1.羟基被卤素原子取代188
2.巯基被卤素原子取代188
3.硝基被卤素原子取代189

第四章硝化和亚硝化反应
节硝化反应机理及硝化剂的类型和性质193
一、硝化反应机理193
二、硝化剂的类型和性质194
1.硝酸194
2.硝酸与硫酸(混酸)195
3.硝酸与醋酐197
4.氟硼酸硝酰(NO2BF4)198
5.三氟甲基磺酸硝酰(NO2CF3SO3)199
第二节硝化反应的影响因素200
一、反应物结构对硝化反应的影响200
1.芳香胺的硝化200
2.邻位效应200
3.立体效应201
4.稠芳环的硝化202
5.芳香杂环化合物的硝化202
二、硝化剂对硝化反应的影响204
1.硝化剂的浓度204
2.硝化剂的溶解性能205
3.温度对硝化反应的影响205
4.催化剂对硝化反应的影响206
5.硝化反应中的副反应206
第三节间接硝化法207
一、卤素置换法207
二、磺酸基及其他基团置换法208
第四节其他硝化反应209
一、烷烃和芳烃侧链的硝化反应209
二、不饱和烃的加成硝化210
三、硝酸酯211
1.烷烃的氧化硝化211
2.烯烃的亲电加成211
3.卤代烃或酰氯与硝酸盐或硝酸的亲核取代211
4.三元或四元含氧杂环化合物的氧化开环合成多元硝酸酯212
5.由醇或含羟基化合物制备硝酸酯212
第五节亚硝基化合物213
一、碳原子上的亚硝基化反应213
二、氮原子上的亚硝基化反应215

第五章磺化和氯磺化反应
节磺化反应的机理及磺酸的分离方法219
一、芳环上磺化反应机理219
1.硫酸219
2.发烟硫酸220
3.氯磺酸220
4.硫酰氯220
5.N-吡啶磺酸220
二、磺酸的一般分离方法221
1.稀释法221
2.成盐法221
3.中和法221
第二节直接磺化法222
一、直接磺化法制备脂肪族磺酸222
二、直接磺化法合成芳基磺酸224
1.过量硫酸和发烟硫酸磺化法224
2.共沸脱水磺化法228
3.三氧化硫磺化法229
三、焙烘磺化法231
四、氯磺酸磺化法232
第三节间接磺化法233
一、硫氰酸酯的氧化233
二、硫醇及二硫化物的氧化233
三、活泼卤原子被磺酸基取代234
四、S-烃基硫脲氯氧化234
五、羟基磺酸盐234
第四节磺酰氯235
一、Reed光化学氯磺化反应235
二、芳环上的氯磺化反应236
三、磺酸及其盐的酰氯化237

第六章烃基化反应
节卤代烃类烃化剂239
一、氧原子上的烃基化反应239
1.醇与卤代烃的反应239
2.酚与卤代烃的反应242
3.羧酸与卤代烃的反应244
4.肟与卤代烃的反应244
二、硫原子上的烃基化反应244
1.硫醇的烃基化反应245
2.硫酚的烃基化反应245
三、氮原子上的烃基化246
1.氨的烃基化246
2.伯胺的烃基化246
3.仲胺的烃基化249
4.叔胺的烃基化249
5.酰胺、酰亚胺的烃基化250
四、碳原子上的烃基化反应251
1.芳环上的烃基化反应251
2.活泼亚甲基碳原子上的烃基化252
3.醛、酮α-碳原子的烃基化254
4.羧酸及其衍生物α-碳上的烃基化反应256
5.其他碳原子上的烃基化257
第二节酯类烃化剂259
一、硫酸酯259
1.氧原子上的烃基化259
2.氮原子上的烃基化261
3.硫原子上的烃基化263
4.碳原子上的烃基化264
二、芳磺酸酯264
三、羧酸酯267
四、碳酸酯267
1.O-甲基化267
2.S-甲基化268
3.N-甲基化268
4.C-甲基化269
第三节环氧乙烷类烃化剂270
一、氧原子上的羟乙基化270
二、氮原子上的羟乙基化272
三、碳原子上的羟乙基化273
1.芳烃的羟乙基化反应274
2.活泼亚甲基化合物的β-羟烷基化275
3.有机金属化合物的β-羟烷基化275
第四节醇类烃化剂277
一、羟基氧原子上的烃基化277
二、氨及胺氮原子上的烃基化278
三、碳原子上的烃基化280
第五节烯烃类烃化剂281
一、氧原子上的烃基化281
二、氮原子上的烃基化283
三、碳原子上的烃基化283
第六节有机金属烃化剂284
一、有机镁试剂——Grignard试剂284
二、有机锂试剂285
第七节重氮甲烷287
第八节相转移催化反应及其在烃基化反应中的应用289
一、相转移催化剂290
二、相转移催化反应的基本原理290
1.季铵盐类相转移催化剂290
2.聚乙二醇类催化剂291
3.冠醚类催化剂292
4.逆向相转移催化反应292
三、相转移催化反应在烃基化反应中的应用293
1.氧原子上的烃基化293
2.氮原子上的烃基化294
3.碳原子上的烃基化294
4.硫原子上的烃基化295

第七章酰基化反应
节羧酸酰化剂298
一、氧原子上的酰化298
1.羧酸活化法299
2.醇活化法301
二、氮原子上的酰化反应302
1.羧酸与胺的直接酰基化反应302
2.缩合剂存在下羧酸与胺的缩合反应303
三、碳原子上的酰化反应306
第二节酸酐酰化剂307
一、氧原子上的酰化308
二、氮原子上的酰化311
三、碳原子上的酰化314
第三节酰氯酰化剂316
一、氧原子上的酰化反应316
二、氮原子上的酰化反应317
三、碳原子上的酰基化反应319
1.芳环上的酰化反应319
2.活泼亚甲基化合物的酰化反应320
3.不饱和烃的酰基化323
第四节酯类酰化剂323
一、氧原子上的酰基化反应323
二、氮原子上的酰基化反应327
三、碳原子上的酰化反应329
第五节酰胺、酰基叠氮和腈类酰化剂330
一、酰胺酰化剂330
1.O-酰基化反应330
2.N-酰基化反应331
3.C-酰基化反应333
二、酰基叠氮酰化剂334
三、腈类酰化剂335
1.O-酰基化反应335
2.N-酰基化反应336
3.C-酰基化反应336
第六节其他酰化剂337
一、乙烯酮和双乙烯酮338
二、Vilsmeier反应339
三、利用乌洛托品在芳环上引入醛基340
四、Gattermann-Koch反应342
第七节选择性酰基化反应343
一、氧原子上的选择性酰基化反应344
二、氮原子上的选择性酰基化345
三、碳原子上的选择性酰化反应347

第八章重氮化及重氮盐的反应
节重氮化反应机理及主要影响因素353
一、重氮化反应机理353
1.稀硫酸中的重氮化反应354
2.盐酸中的重氮化反应354
二、重氮化反应的主要影响因素355
1.无机酸及其用量355
2.芳胺的结构355
3.反应温度357
4.亚硝酸钠的用量与反应终点控制357
第二节重氮盐的性质和反应358
一、重氮盐的结构和稳定性358
二、放出氮的重氮基转化反应359
1.离子型取代反应359
2.自由基型反应367
三、保留氮的重氮基转化反应370
1.重氮基还原成芳肼370
2.重氮盐的偶合反应371
第三节脂肪伯胺和苄伯胺的重氮化反应376

第九章消除反应
节卤代烃的消除反应380
一、卤代烃消除卤化氢380
1.β-消除反应机理380
2.消除反应的取向——双键的定位规则383
3.β-消除反应的主要影响因素385
二、多卤代物的消除反应388
1.邻二卤代烷脱卤素生成烯388
2.邻二卤代烃、偕二卤代物消除卤化氢生成烯（芳烃）390
3.邻二卤代物或偕二卤代物脱卤化氢生成炔390
4.1，3-二卤化物脱卤素生成环丙烷衍生物393
5.其他卤化物的消除反应393
三、卡宾的生成393
第二节热消除反应396
一、热消除反应机理和消除反应的取向396
1.热消除反应机理396
2.热消除反应的取向397
二、各种化合物的热消除反应398
1.酯的热消除398
2.季铵碱的热消除402
3.叔胺氧化物的热消除405
4.Mannich碱的热消除406
5.亚砜和砜的热消除407
第三节醇的消除反应408
一、醇的热解反应408
二、酸催化下脱水成烯409
1.反应机理409
2.醇的结构对反应的影响410
三、多元醇的脱水反应412
第四节其他消除反应415

第十章重排反应
节亲核重排反应419
一、由碳至碳的重排反应420
1.Wagner-Meerwein重排反应420
2.Pinacol重排反应421
3.Demyanov重排反应426
4.二苯乙醇酸重排反应427
5.Wolff重排反应和Arndt-Eistert合成430
6.Favorskii重排反应432
二、由碳至氮的重排反应435
1.Beckmann重排反应435
2.Hofmann重排反应439
3.Curtius重排反应443
4.Schmidt重排反应445
5.Lossen重排反应449
6.Neber重排反应451
三、由碳至氧的重排453
1.氢过氧化物重排反应453
2.Baeyer-Villiger反应454
第二节亲电重排456
一、Stevens重排反应456
二、Sommelet-Hauser重排反应459
三、Wittig重排反应461
第三节芳香族芳环上的重排反应463
一、 芳环上的亲电重排反应463
1.基团迁移起点为氧原子的重排反应464
2.基团迁移起点为氮原子的重排反应467
二、芳香族化合物的亲核重排反应470
1.Bamberger重排反应470
2.Smiles重排反应472
三、芳香族化合物通过环状过渡态进行的重排反应474
1.Claisen重排反应474
2.Fischer吲哚合成法478

第十一章缩合反应
节醛、酮类化合物之间的缩合反应484
一、羟醛缩合反应484
1.自身缩合484
2.交叉缩合486
3.分子内的羟醛缩合反应和Robinson环化488
4.定向羟醛缩合490
5.类羟醛缩合反应494
二、安息香缩合反应495
三、氨烷基化反应497
第二节羰基的烯化反应——Wittig反应502
第三节醛酮类化合物与羧酸及其衍生物之间的缩合反应507
一、Knoevenagel反应507
二、Stobbe反应510
三、Perkin反应512
四、Darzens缩合反应514
五、Reformatsky反应517
第四节酯缩合反应520
一、Claisen酯缩合反应521
1.酯-酯缩合521
2.酯-酮缩合523
3.酯-腈缩合525
二、Dieckmann酯缩合反应526
第五节烯键上的加成缩合反应529
一、Michael加成反应529
二、Prins反应532
第六节环加成反应533
一、Diels-Alder反应534
1.Diels-Alder反应的反应机理534
2. Diels-Alder反应的立体化学特点537
二、1，3-偶极环加成反应540

第十二章杂环化反应
节含一个杂原子的五元环化合物的合成546
一、含一个氧原子的五元杂环化合物547
1.呋喃、四氢呋喃及其衍生物547
2.苯并呋喃及其衍生物549
二、含一个氮原子的五元芳香杂环化合物的合成550
1.吡咯及其衍生物的合成550
2.吲哚及其衍生物的合成553
三、含一个硫原子的五元杂环化合物的合成559
1.噻吩及其衍生物559
2.苯并噻吩及其衍生物562
第二节含两个杂原子的五元杂环化合物的合成564
一、含一个氧原子和一个氮原子的五元芳香杂环化合物564
1.唑及其衍生物564
2.苯并唑及其衍生物567
3.异唑及其衍生物568
4.苯并异唑及其衍生物570
二、含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环芳香化合物570
1.噻唑及其衍生物570
2.苯并噻唑及其衍生物572
三、含两个氮原子的五元杂环芳香化合物574
1.咪唑及其衍生物574
2.苯并咪唑及其衍生物576
3.吡唑及其衍生物580
4.吲唑及其衍生物582
第三节含一个杂原子的六元环化合物的合成584
一、含一个氧原子的六元杂环化合物584
二、含一个氮原子的六元环化合物的合成587
1.吡啶及其衍生物的合成588
2.喹啉及其衍生物的合成592
3.异喹啉及其衍生物的合成598
第四节含两个杂原子的六元杂环芳香化合物602
一、嘧啶类化合物602
二、吡嗪605
1.α-氨基酮或α-氨基醛的自身缩合605
2. α-氨基酸酯的自身缩合605
3. 1，2-二羰基化合物与1，2-二胺反应606
三、哒嗪606

    二、Dieckmann酯缩合反应
二元羧酸酯在碱性条件下发生分子内的酯缩合，生成环状β-酮酸酯的反应，称为Dieckmann酯缩合反应，Dieckmann缩合可看成是分子内的Claisen酯缩合反应，该反应很早是由Dieckmann W于1894年报道的。

该反应可用于五、六、七元环的环状β-酮酸酯的合成。合成9～12元环的产率很低，甚至不反应。大环可以通过高度稀释的方法进行合成，因为此时两个分子接触的几率明显小于分子的一端同另一端接触的几率。
Dieckmann缩合反应的反应机理和反应条件与Claisen酯缩合反应基本一致。
传统上使用的碱是乙醇钠，反应在无水乙醇中进行。目前大多采用位阻大、亲核性小的碱，如叔丁醇钾、二异丙基氨基锂(LDA)、双三甲基硅基胺基锂(LHMDS)等，反应在非质子溶剂如THF中进行，这有利于降低反应温度，减少副反应的发生。使用更强的碱，如NaNH2、NaH、KH等通常可以提高反应收率。有时使用乙醇钠无效，必须使用更强的碱。
二元羧酸酯发生分子内的酯缩合生成环状的酮酯，后者进一步水解脱羧，生成环酮，是制备环酮的方法之一。一般而言，合成五元环、六元环化合物时收率较高。
例如阿片类镇痛药芬太尼(Fentanyi)中间体(49)的合成[56]，步反应属于Michael加成，第二步属于Dieckmann缩合反应。

如下反应生成了七元环化合物，生成的产物(50)是血管加压素V2受体拮抗药托伐普坦(Tolvaptan)中间体[57]。
(50)
也可以使用TiCl4和三乙胺(三丁胺)催化剂，氮杂二元酸酯进行分子内的酯缩合，可以生成氮杂的环酮类化合物。

文献报道，在聚乙烯负载的金属钾(PE-K)作用下，己二酸二乙酯于甲苯中室温发生分子内缩合反应，2-乙氧羰基环戊酮的收率达89%。

利用Dieckmannn反应合成四元环虽然有报道，但收率很低。如下反应生成含四元环的螺环化合物。

Dieckmann酯缩合反应，若两个酯基在分子中所处的化学环境不同，则存在着反应的选择性问题。非对称酯的选择性取决于两个酯基α-碳上氢原子的酸性和空间位阻。酸性强，将优先与碱作用生成相应的碳负离子(或烯醇负离子)，从而作为亲核试剂进攻另一个酯基。


在如下反应中，底物a处碳原子上的氢酸性较强，更容易生成相应的碳负离子，作为亲核试剂进攻另一个酯基中的羰基，很终生成化合物A，因此化合物A是主要产物。

安眠药加波沙朵(Gaboxadol)等的中间体(51)的合成如下[58]：
(51)
利用Dieckmann反应可以合成桥环化合物。例如新药开发中间体1-氮杂双环[2.2.2]辛-3-酮(52) 的合成[59] .
(52)
若两个酯基其中一个不含α-氢，则不存在区域选择性。例如如下反应：

其实，很多反应是首优选行分子间的酯缩合，而后再进行分子内的Dieckmann酯缩合反应。一个明显的例子是丁二酸二乙酯的缩合生成2,5-二乙氧羰基-1,4-环己二酮。

丁二酸二乙酯与邻氨基苯甲酸酯可发生如下的反应。

草酸二甲(乙)酯与其他二羧酸二酯反应，可以生成环二酮类化合物。例如：

对于α,β-不饱和羧酸酯，可以优选行Michael加成，而后再进行Dieckmann酯缩合反应。例如合成杀虫剂、抗菌药等农药、医药的中间体N-苄基-3-吡咯烷酮的合成[60]。

与Dieckmann缩合相似的一个缩合反应是Thorpe-Ziegler缩合反应，在合成一些中等或大环化合物中有实际合成意义。


第五节 烯键上的加成缩合反应

本节只讨论Michael加成反应和Prins反应。
一、Michael加成反应
经典意义上的Michael加成反应是指活泼亚甲基化合物碳负离子或其他稳定的碳负离子类亲核试剂(例如有机铜锂)，与α,β-不饱和醛、酮、腈、硝基化合物及羧酸衍生物在碱性条件下发生1,4-加成反应，生成β-羰烷基类化合物。该反应是由美国化学家Arthur Michael于1887年发现的。其实早在1883年，Komnenos等就报道了例碳负离子与α,β-不饱和羧酸酯的1,4-加成反应，但直到1887年Michael发现使用乙醇钠可以催化丙二酸酯与肉桂酸酯的1,4-加成后，对该类反应的研究才得到迅速发展。由于Michael在该领域中的贡献，称为Michael加成反应，或Michael反应。例如如下反应：

Michael加成反应从反应机理上来看，属于共轭加成或1,4-加成，是有机合成中形成碳-碳单键的常用反应之一。

无