第八章合成设计原理案例优秀PPT.ppt
第八章 合成设计原理 在多步骤有机合成中，由于合成对象或所谓目标分子的在多步骤有机合成中，由于合成对象或所谓目标分子的困难性，需事先拟定合成的路途，这一工作称为合成设计。困难性，需事先拟定合成的路途，这一工作称为合成设计。合成设计犹如作战队战略计刘的制定，其重要性是毋庸合成设计犹如作战队战略计刘的制定，其重要性是毋庸置疑的。著名有机化学家伍德沃德置疑的。著名有机化学家伍德沃德(woodward)(woodward)曾经说过：自曾经说过：自然物质的合成，或许较之有机化学中其它任何领域的活动更然物质的合成，或许较之有机化学中其它任何领域的活动更可以作为科学状况和科学力气的衡量。因为合成的对象很少可以作为科学状况和科学力气的衡量。因为合成的对象很少是随意选择的，只凭勤勒垦垦或灵机一动的视察工作是不行是随意选择的，只凭勤勒垦垦或灵机一动的视察工作是不行的。合成必需按支配来进行。的。合成必需按支配来进行。学习内容和方法学习内容和方法 内容内容1.对重要的基础有机反应要能够娴熟运用对重要的基础有机反应要能够娴熟运用新化合物的合成新化合物的合成比葫芦画瓢比葫芦画瓢逆合成分析逆合成分析2.跟踪文献，尽可能将最新的试剂、反应和方法应用于跟踪文献，尽可能将最新的试剂、反应和方法应用于自己的探讨工作中。自己的探讨工作中。3.学习别人的思路，创建性地借鉴和运用。学习别人的思路，创建性地借鉴和运用。方法方法1)1902年，德国化学家年，德国化学家 Willstatter(1915年获年获Noble 化学奖）化学奖）21 steps,overall yield 0.7%例：颠茄酮的合成例：颠茄酮的合成1.pH=51.pH=5MannichMannich反应反应90902）1917年，英国化学家年，英国化学家 Robinson(1947年获年获Noble 化学奖）化学奖）目标分子的结构剖析目标分子的结构剖析骨架分析是结构剖析的核心。骨架分析是结构剖析的核心。结构考察包括对目标分子的分子大小、官能团种类、骨结构考察包括对目标分子的分子大小、官能团种类、骨架构造，立体化学特征等方面进行分析。架构造，立体化学特征等方面进行分析。官能团的分析；官能团的分析；目标物的合成中要解决以下几个主要问题：目标物的合成中要解决以下几个主要问题：1.1.如何构建目标化合物的碳架结构；如何构建目标化合物的碳架结构；2.2.如何引入目标化合物中的官能团；如何引入目标化合物中的官能团；3.3.如何达到选择性的合成。如何达到选择性的合成。官能团的引入和转化；官能团的引入和转化；碳碳键的形成；碳碳键的形成；爱护和去爱护。爱护和去爱护。对于多官能团等困难化合物的合成，为了避开不必要的副对于多官能团等困难化合物的合成，为了避开不必要的副反应的发生，须要先爱护某些官能团，之后去爱护。反应的发生，须要先爱护某些官能团，之后去爱护。官能团的引入和转化；官能团的引入和转化；碳碳键的形成；碳碳键的形成；官能团的除去官能团的除去 取代芳烃（取代芳烃（SO3H，N2+）羰基（还原亚甲基）羰基（还原亚甲基）A.KishnerWolff黄呜龙反应黄呜龙反应:NH2NH2,EtOH/KOH,180B.Clemmensen 还原法还原法:ZnHg，浓，浓HCl 羟基（脱水、加氢）羟基（脱水、加氢）官能团的引入官能团的引入8.1 8.1 8.1 8.1 合成设计逻辑学合成设计逻辑学8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 常用术语常用术语靶分子：合成的目标产物靶分子：合成的目标产物 逆合成法：从靶分子的结构动身，逐步考虑由哪些中间体合逆合成法：从靶分子的结构动身，逐步考虑由哪些中间体合成靶分子，再考虑由哪些原料合成中间体。成靶分子，再考虑由哪些原料合成中间体。原料原料中间体中间体1 1 中间体中间体22目标产物目标产物 合成子（合成子（Synthon）：通过切断而产生的一种想象中的碎）：通过切断而产生的一种想象中的碎片，通常是离子或自由基，也可能是反应的中间体。片，通常是离子或自由基，也可能是反应的中间体。官能团互换：官能团互换：宫能团添加：宫能团添加：分子切断法所遵循的原则。分子切断法所遵循的原则。(一一)在靠近分子中部切断。在靠近分子中部切断。(二二)切切断要合乎反应机理断要合乎反应机理例：例：（三）（三）能推导出简便易得的起始原料。能推导出简便易得的起始原料。（四）（四）合成反应步骤少条件温顺合成反应步骤少条件温顺（五）（五）产率高副反应少。产率高副反应少。例：例：如何切断？请考虑如何切断？请考虑用威廉森合成法，由用威廉森合成法，由有两种切法：有两种切法：1 1、2 2、由于由于 易产生消去，副产烯，易产生消去，副产烯，相对稳定一些。相对稳定一些。故故1 1是较合理的。是较合理的。8.1.2 8.1.2 8.1.2 8.1.2 合成路途的评价合成路途的评价合成路途的评价合成路途的评价 产率高、污染少、原料易得、价格便宜是评价合成路途的产率高、污染少、原料易得、价格便宜是评价合成路途的基本标准（效率和平安）。基本标准（效率和平安）。(1)(1)反应条件温顺、操作简便，产率高；反应条件温顺、操作简便，产率高；(2)(2)具有高的化学、位置和立体选择性；具有高的化学、位置和立体选择性；(3)(3)适应性强、适用面广、好用性好；适应性强、适用面广、好用性好；(4)(4)原料价廉易得，有丰富的来源；原料价廉易得，有丰富的来源；(5)(5)不产生公害、不污染环境。不产生公害、不污染环境。温顺的条件就是常温、常压、中性介质中就能进行的条件。温顺的条件就是常温、常压、中性介质中就能进行的条件。新理念：原子经济效益新理念：原子经济效益 1.1.1.1.反应步数和总收率反应步数和总收率反应步数和总收率反应步数和总收率 总收率高、要求路途短。总收率高、要求路途短。总收率高、要求路途短。总收率高、要求路途短。线性合成：线性合成：线性合成：线性合成：A B C D E FA B C D E FA B C D E FA B C D E F50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%总收率总收率总收率总收率3%3%3%3%会聚式合成：会聚式合成：会聚式合成：会聚式合成：A B CA B CA B CA B C50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%50%D E FD E FD E FD E F50%50%50%50%50%50%50%50%G G G G总收率总收率总收率总收率12%12%12%12%会聚程度越高，效率越高。会聚程度越高，效率越高。会聚程度越高，效率越高。会聚程度越高，效率越高。在分步合成中，要合成步骤少，每步收率高。尽可能在分步合成中，要合成步骤少，每步收率高。尽可能运用会聚式合成，而不用连续逐步反应。运用会聚式合成，而不用连续逐步反应。尽可能接受半合成路途，从最基本的有机化工原料起先尽可能接受半合成路途，从最基本的有机化工原料起先进行合成称全合成。从现有的产品来合成称半合成。进行合成称全合成。从现有的产品来合成称半合成。2.选择设备要求低、条件温顺的路途选择设备要求低、条件温顺的路途浓浓混酸混酸混酸混酸水解水解水解水解水解水解混酸混酸8.2 8.2 8.2 8.2 逆逆逆逆合成分析法合成分析法逆逆逆逆合成分析：目标产物合成分析：目标产物 原料原料回推过程中能够将困难的分子结构逐步简化。回推过程中能够将困难的分子结构逐步简化。回推过程中能够将困难的分子结构逐步简化。回推过程中能够将困难的分子结构逐步简化。要求：每步都有合理又合适的反应机理和合成方法；要求：每步都有合理又合适的反应机理和合成方法；要求：每步都有合理又合适的反应机理和合成方法；要求：每步都有合理又合适的反应机理和合成方法；有被认可（市场供应）的原料；有被认可（市场供应）的原料；有被认可（市场供应）的原料；有被认可（市场供应）的原料；整个合成要做到最大的简化，多种合成路途要选定最整个合成要做到最大的简化，多种合成路途要选定最整个合成要做到最大的简化，多种合成路途要选定最整个合成要做到最大的简化，多种合成路途要选定最好的合成路途；好的合成路途；好的合成路途；好的合成路途；在合成中完善所设计的各步反应条件、操作、选择性。在合成中完善所设计的各步反应条件、操作、选择性。在合成中完善所设计的各步反应条件、操作、选择性。在合成中完善所设计的各步反应条件、操作、选择性。8.2.1 8.2.1 8.2.1 8.2.1 合成子及其半反应组合合成子及其半反应组合a a a a合成子：受电子合成子合成子：受电子合成子合成子：受电子合成子合成子：受电子合成子d d d d合成子：给电子合成子合成子：给电子合成子合成子：给电子合成子合成子：给电子合成子e e e e合成子：中性分子合成子：中性分子合成子：中性分子合成子：中性分子r r r r合成子：自由基合成子合成子：自由基合成子合成子：自由基合成子合成子：自由基合成子分子结构：分子结构：分子结构：分子结构：X:-O,-N,-SX:-O,-N,-SX:-O,-N,-SX:-O,-N,-S等等等等合成子合成子:d d d d合成子：给电子合成子合成子：给电子合成子合成子：给电子合成子合成子：给电子合成子合成子合成子合成子合成子 负离子负离子 等价试剂等价试剂d d d d0 0 0 0CH3SCH3SHd d d d1 1 1 1CNKCNd d d d2 2 2 2CH2CHOCH3CHOd d d d3 3 3 3 CCCH3NH2LiCCCH3NH2a a a a合成子：受电子合成子合成子：受电子合成子合成子：受电子合成子合成子：受电子合成子合成子合成子合成子合成子 正离子正离子 等价试剂等价试剂a a a a0 0 0 0+PMe2Me2PCla a a a1 1 1 1CH3COCH3a a a a2 2 2 2+CH2COCH3BrCH2COCH3a a a a3 3 3 38.2.2 8.2.2 8.2.2 8.2.2 单官能团和双官能团化合物的变换单官能团和双官能团化合物的变换1.单官能团化合物单官能团化合物2.1，2双官能团化合物双官能团化合物1.2二醇二醇-羟基酮羟基酮-羟基酸羟基酸例：合成例：合成(1)-(1)-羟基羰基化合物及羟基羰基化合物及，-不饱和羰基化合物不饱和羰基化合物 通式：通式：（1 1）（2 2）（3 3）（4 4）3.1，3双官能团化合物双官能团化合物例例 (2)1，3-二羰基化合物。二羰基化合物。（一）（一）酯酯缩合成的酯酯缩合成的1，3-二羰基化合物。二羰基化合物。OEt与 H缩合试设计：试设计：（二）（二）酯酯-酮缩合形成的酮缩合形成的1，3-二羰化合物。二羰化合物。试设计试设计 合成路途：合成路途：4.1,4-4.1,4-双官能团双官能团5.1,5-5.1,5-双官能团双官能团迈克尔加成缩合反应。迈克尔加成缩合反应。6.1,6-6.1,6-双官能团双官能团例：合成例：合成合成合成形成碳环的反应形成碳环的反应1 1小环的合成小环的合成 分子内的烷基化X=卤代物或磺酸盐离子。Y=-CN、-COR、-COOR 卡宾对烯的加成卡宾对烯的加成 2+2 2+2环加成环加成 2 2一般环（五、六元环）一般环（五、六元环）付付-克酰基化克酰基化 狄克曼反应（分子内酯缩合狄克曼反应（分子内酯缩合 分子内羟酸缩合。分子内羟酸缩合。Diels-Alder反应（双烯合成）反应（双烯合成）麦克尔反应（麦克尔反应（Michael反应）反应）3乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯可合成随意环乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯可合成随意环4大环大环联姻缩合（二酯在金属联姻缩合（二酯在金属Na条件下进行分子内缩合）条件下进行分子内缩合）例例1 1：合成：合成例例2 2：由：由 合成合成例例3 3：由：由 合成合成例例4 4：合成：合成例例5 5：以乙酰乙酸乙酯为原料合成：以乙酰乙酸乙酯为原料合成例例6 6：由丙二醇合成：由丙二醇合成例例7 7：合成：合成例例8 8 以丙二酸为原料合成环庚基甲酸以丙二酸为原料合成环庚基甲酸例例9 9 以乙酰乙酸乙酯为原料合成以乙酰乙酸乙酯为原料合成例例10 10 合成合成例例1 1：合成：合成例例2 2：由：由 合成合成例例3 3：由：由 合成合成例例4 4：合成：合成例例5 5：以乙酰乙酸乙酯为原料合成：以乙酰乙酸乙酯为原料合成水解水解加热脱羧加热脱羧Zn-HgZn-HgH H2 2/Ni/Ni羟醛缩合羟醛缩合例例6 6：由丙二醇合成：由丙二醇合成例例7 7：合成：合成例例8 8 以丙二酸为原料合成环庚基甲酸以丙二酸为原料合成环庚基甲酸例例9 9 以乙酰乙酸乙酯为原料合成以乙酰乙酸乙酯为原料合成例例10 10 合成合成西替利嗪合成路途图解西替利嗪合成路途图解罗非可昔合成路途图解罗非可昔合成路途图解盐酸阿普洛尔用于治疗心绞痛、冠状脉硬化、高血压等，其结构为请以和为原料合成盐酸阿普洛尔，其它原料自定。第一章第一章 卤化反应习题卤化反应习题习题：写出上式反应机理习题：写出上式反应机理.MeOH180C其次章其次章 烃化反应习题烃化反应习题P76P89P75P57完成下列反应完成下列反应第三章第三章 酰化反应习题酰化反应习题写出适当的反应试剂和催化剂写出适当的反应试剂和催化剂Ac2O/PyAc2O/H2SO4P141P153P128P152P149P118P141 Tollens缩合 P184 Claisen-Schimidt P180 Claisen-Schimidt P180 Diekmann P158Kneoevenagel反应 P213第四章第四章 缩合反应习题缩合反应习题 Perkin反应 P217 Mannich反应 P194 Perkin反应 P217 Aldol缩合 P178Micheal加成 P202 Refor matsky反应 P188Darzens反应 P220 酯缩合反应 P157 酯缩合反应 P157完成下列反应完成下列反应 Mannich反应 P194 wittig反应 P207写出下列反应的主要反应条件写出下列反应的主要反应条件 Hoesch反应 P150P198 以以 为原料合成为原料合成完成下列反应，并注明反应名称完成下列反应，并注明反应名称 人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。
