有机合成第1章绪论(基础知识).ppt

有 机 合 成王王 广广 途途1大学生的困惑大学生的困惑知识无用？知识无用？2满意感满意感目目标标1234 动力状态动力状态动力状态动力状态溺水状态溺水状态溺水状态溺水状态跳楼状态跳楼状态跳楼状态跳楼状态空虚状态空虚状态空虚状态空虚状态3毕业生的出路在于明确目标4只有实践才能承载理想5 有趣的计算有趣的计算 如果令A、B、C、DX、Y、Z这26个英文字母，分别等于百分之1、2、3、424、25、26这26个数值，那么我们就能得出如下有趣的结论 6 work（工作）W+O+R+K=23+15+18+11=67%7 Knowledge（知识）K+N+O+W+L+E+D+G+E=11+14+15+23+12+5+4+7+5=96%8 Love（爱情）Luck（好运）L+O+V+E=12+5+22+5=54%L+U+C+K=12+21+3+11=47%9M+O+N+E+Y=13+15+14+5+25=72%NO 是Money（金钱）吗？10 Its Attitude（心态）A+T+T+I+T+U+D+E=1+20+20+9+20+21+4+5=100%11 态度决定一切 12成为最优秀的那个你！131.平时成绩平时成绩 a.作业作业 b.出勤出勤 c.课堂讨论、问答课堂讨论、问答2.实验成绩实验成绩3.期末笔试期末笔试有机合成成绩评定有机合成成绩评定14有机合成课程内容有机合成课程内容l绪论及有机化学基础知识绪论及有机化学基础知识l还原反应、氧化反应、有机合成中的保护基还原反应、氧化反应、有机合成中的保护基l非稳定碳负离子碳碳键的形成、稳定化碳负离子的非稳定碳负离子碳碳键的形成、稳定化碳负离子的 烃基化和缩合、有机硅硼等试剂、自由基反应烃基化和缩合、有机硅硼等试剂、自由基反应l极性反转、成环反应极性反转、成环反应l逆合成分析法逆合成分析法l有机合成化学的近期趋势有机合成化学的近期趋势l化学文献查阅化学文献查阅15主要参考书：主要参考书：1、有机合成反应，王葆仁著，科学出版社，第一版；2、有机合成指南，孟歌译，化学工业出版社，第一版；教教 材：材：有机合成有机合成，黄培强等，高等教育出版社，2004，第一版。16推荐阅读材料：推荐阅读材料：17第一章第一章 绪绪 论论 18一、有机合成的意义：一、有机合成的意义：人类最基本的需求：生存（食品人类最基本的需求：生存（食品人类最基本的需求：生存（食品人类最基本的需求：生存（食品-农药）农药）农药）农药）人类最高级的渴望：长寿（疾病人类最高级的渴望：长寿（疾病人类最高级的渴望：长寿（疾病人类最高级的渴望：长寿（疾病-医药）医药）医药）医药）有机合成是一门艺术。分子有机合成是一门艺术。分子-建筑。建筑。19基础有机合成：生产基本有机化工产品，如烃类、醇、醛、酮、卤代烃等。原料：原料：1）农林加工产品及副产物）农林加工产品及副产物 2）水、盐、空气、）水、盐、空气、CO、CO2和和H2等无机原料等无机原料 3）天然气、石油、石油气、煤焦油及煤等）天然气、石油、石油气、煤焦油及煤等三苯、三烯、一炔、一萘三苯、三烯、一炔、一萘精细有机合成精细有机合成：利用重要的有机原料合成医药、：利用重要的有机原料合成医药、农药、染料、香料、食品添加剂、饲料添加剂、农药、染料、香料、食品添加剂、饲料添加剂、各种助剂、表面活性剂等化学产品。各种助剂、表面活性剂等化学产品。20 H.KobleH.Koble，他于，他于18451845年实现了从元素单质合成年实现了从元素单质合成乙酸，并第一次用到乙酸，并第一次用到“合成合成”这个词来描述从这个词来描述从其他物质制取化合物的过程。其他物质制取化合物的过程。二、有机合成进展二、有机合成进展21l有有机机合合成成的的另另一一个个里里程程碑碑是是1856年年的的苯苯胺胺紫紫合合成成，这这是是第第一一个个合合成成染染料料，被被视视为为第第一个工业精细有机合成。一个工业精细有机合成。22l19世纪最重要的全合成是世纪最重要的全合成是 E.Fischer完成的（）完成的（）葡萄糖合成。葡萄糖合成。(+)-葡萄糖E.Fischer获获1902年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。23lRobinson在在1917年通过仿生途径，从丁二醛，年通过仿生途径，从丁二醛，甲胺和丙酮二羧酸出发，仅用一步合成了甲胺和丙酮二羧酸出发，仅用一步合成了托品托品酮酮。Robinson获获1947年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。24l有机合成进入有机合成进入R.B.Woodward时代。时代。奎宁的结构奎宁的结构R.B.Woodward 获获1965年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。25lJ.C.Sheehan领导的小组在二战结束后的领导的小组在二战结束后的1957年才最终完成青霉素年才最终完成青霉素V的全合成。的全合成。26l有机合成进入有机合成进入E.J.CoreyE.J.Corey时代时代 l一是系统建立了逆合成分析方法一是系统建立了逆合成分析方法;l二是在全合成中设计、发展新的合成试二是在全合成中设计、发展新的合成试剂与方法剂与方法 。27岩沙海葵毒素lKishiKishi教授于教授于19891989年完成了年完成了岩沙海葵毒素岩沙海葵毒素（PalytixinPalytixin）羧酸的全合成，是天然产物合成的一）羧酸的全合成，是天然产物合成的一个里程碑。个里程碑。28TaxolTaxol Brevetoxin B 29 化学反应化学反应是是合成合成的的基础基础，合成路线合成路线本来就是由一些本来就是由一些具体的反应具体的反应，按照一定的，按照一定的逻辑思维逻辑思维组合起来的。组合起来的。合成目标化合物分子的骨架合成目标化合物分子的骨架 引入所需的官能团引入所需的官能团 解决好目标化合物的立体化学方面的要求解决好目标化合物的立体化学方面的要求合成一个有机化合物要考虑的合成一个有机化合物要考虑的核心问题核心问题不外是不外是三个方面三个方面：碳胳的形成和变化碳胳的形成和变化 增长碳链或增加支链增长碳链或增加支链 碳链的减短碳链的减短 碳环的合成碳环的合成 官能团的引入官能团的引入 官能团的相互转化官能团的相互转化三、有机合成的基础知识三、有机合成的基础知识301、碳原子成键、碳原子成键(杂化）理论杂化）理论Lewis电子结构式电子结构式电子可以配对成键（共价键），使原子能够形成电子可以配对成键（共价键），使原子能够形成一种稳定的惰性气体的电子构型八隅体一种稳定的惰性气体的电子构型八隅体(Octet)。(价电子层达到价电子层达到8个电子的稳定结构个电子的稳定结构)31原子轨道及电子构型原子轨道及电子构型电子在核外空间出现电子在核外空间出现概率最大的区域概率最大的区域叫原子轨叫原子轨道（轨道）道（轨道）电子云的形状可以表达为轨道形状电子云的形状可以表达为轨道形状S S轨道轨道轨道轨道P P轨道轨道轨道轨道1、碳原子成键、碳原子成键(杂化）理论杂化）理论32共价键的类型：共价键的类型：键：电子云沿着键轴键：电子云沿着键轴(两核间连线两核间连线)方向以方向以“头碰头头碰头”的方式重叠而形成的共价键。的方式重叠而形成的共价键。例如：例如：HCl；Cl2；H2HClHClClCl2 2H H2 2键：键：电子云沿着键轴的方向以电子云沿着键轴的方向以“肩并肩肩并肩”地方式重地方式重叠叠 而形成的共价键。而形成的共价键。例如：例如：N2，1S22S22P3+33原子的结构举例原子的结构举例:+7+7+72 52 52 5+6+6+6+6+6+62 42 42 42 42 42 4+8+8+82 62 62 61S1S2 22S2S2 22P2P2 21S1S2 22S2S2 22P2P4 41S1S2 22S2S2 22P2P3 3CNO1S22S22P21S22S22P31S22S22P434 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组4个个sp3轨道轨道C:1s22s22p2n n 碳原子的几种轨道杂化碳原子的几种轨道杂化碳原子的几种轨道杂化碳原子的几种轨道杂化1）sp3杂化杂化四面体型四面体型四面体型四面体型35361 14 43 34 4C CCH HHH HHH HHH HHH HHC CCH HHH HHH HHuu杂化轨道组成：杂化轨道组成：S S，P Puu杂化轨道形状杂化轨道形状。uu空间分布空间分布。uu代表物：烷烃碳原子代表物：烷烃碳原子372）sp2杂化杂化 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组 3个个sp2轨道轨道 2pz平面型平面型平面型平面型381323C CCH HHH HHH HHC CCH HH+4H+4H+4H 键键键键 键键键键uu杂化轨道组成：杂化轨道组成：S,PS,Puu杂化轨道形状杂化轨道形状uu空间分布空间分布uu代表物：代表物：乙烯乙烯393）sp杂化杂化 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组sp 2py 2pz直线型直线型直线型直线型40uuu杂化轨道组成：杂化轨道组成：杂化轨道组成：杂化轨道组成：S S S S，P P P Puuu杂化轨道形状杂化轨道形状杂化轨道形状杂化轨道形状。uuu空间分布空间分布空间分布空间分布。uuu代表物：代表物：代表物：代表物：乙炔。乙炔。乙炔。乙炔。1 12 21 12 2+2H+2H+2HC CCH HHH HHC CC 键键键键 键键键键+41中间体的杂化：中间体的杂化：4243注意：当碳负离子其它基团发生共轭时，其碳原子为注意：当碳负离子其它基团发生共轭时，其碳原子为 sp2 sp2杂化，为平面构型杂化，为平面构型44454647卡宾（卡宾（Carbene）u六电子中心化合物六电子中心化合物 u二价的碳化物二价的碳化物 u有机反应活性中间体：有机反应活性中间体：u寿命很短、不能分离、能够寿命很短、不能分离、能够“捕获捕获”u缺电子物种，有亲电性缺电子物种，有亲电性48卡宾的结构卡宾的结构单线态：碳采用单线态：碳采用sp2杂化杂化二氯卡宾二氯卡宾(基态基态)三线态：碳采用三线态：碳采用sp杂化杂化亚甲基卡宾亚甲基卡宾(基态基态)49常见化合物的杂化：常见化合物的杂化：羰基化合物：羰基化合物：醇：醇：酚：酚：50平面结构：平面结构：51SPSP2 2SPSP3 3之间之间之间之间 羧酸类化合物羧酸类化合物 胺类化合物：胺类化合物：52硝基化合物：硝基化合物：重氮化合物：重氮化合物：HCN 532、共振结、共振结构式构式54错误理解：混合物错误理解：混合物 互变异构互变异构书写原则：书写原则：核不动：核不动：所有原子的相对位置都保持不变，只有所有原子的相对位置都保持不变，只有 电子移动电子移动数不变：数不变：未成对电子数相同（电子排列有差别）未成对电子数相同（电子排列有差别）1,3-丁二烯丁二烯55不正确的共振式不正确的共振式书写共振式的方法：书写共振式的方法：1.1.写出一个你所熟知的共振极限式写出一个你所熟知的共振极限式2.2.在已写出的结构式骨架基础上将电子成对移动在已写出的结构式骨架基础上将电子成对移动56电子转移规则电子转移规则n np p电子向正电荷转移电子向正电荷转移 烯丙基碳正离子烯丙基碳正离子n电子沿着电子沿着p p键转移键转移 1,3-丁二烯丁二烯 n未成对电子转移成双键未成对电子转移成双键 碳酸根碳酸根n单电子转移形成单电子转移形成p键键 烯丙基自由基烯丙基自由基57不是所有的共振式都是等价的不是所有的共振式都是等价的n拥有最多八电子结构的共振式是最重要的拥有最多八电子结构的共振式是最重要的n拥有较少相反电荷分离的结构要比拥有较多拥有较少相反电荷分离的结构要比拥有较多电荷分离的结构重要。电荷分离的结构重要。n电荷应该优先处于和其电负性一致的原子上电荷应该优先处于和其电负性一致的原子上58最稳定最稳定最稳定最稳定较稳定较稳定较稳定较稳定不稳定，贡献小不稳定，贡献小不稳定，贡献小不稳定，贡献小最稳定，最稳定，贡献大贡献大较稳定，较稳定，贡献较大贡献较大不稳定，不稳定，贡献小贡献小注意：共振式与互变异构体的区别注意：共振式与互变异构体的区别 593、路易斯结构式、路易斯结构式1.1.用单键将结构所有成键原子连接起来（也就是用单键将结构所有成键原子连接起来（也就是 共享电子对）共享电子对）2.2.如果有多余的价电子，将它们以孤对电子的形式如果有多余的价电子，将它们以孤对电子的形式 使尽可能多的原子满足八隅体结构。使尽可能多的原子满足八隅体结构。3.3.如仍有原子不满足八隅体结构，将尽可能多的孤如仍有原子不满足八隅体结构，将尽可能多的孤对电子变为共享电子对直到全部满足八隅体。对电子变为共享电子对直到全部满足八隅体。书写路易斯结构的简单、有效方法：书写路易斯结构的简单、有效方法：60形式电荷形式电荷（Formal Charge）:.H HOOOOOON N:.+.A Lewis structure is not complete unless formal charges(if any)are shown.CH2N2 叠氮化合物叠氮化合物 臭氧臭氧 硝基甲烷硝基甲烷 亚硝酰正离子亚硝酰正离子NO+一氧化碳一氧化碳思考题：写出下列化合物的路易斯结构式 1,3-Dipolar Compounds1,3-Dipolar Compounds61不符合八隅体的例子不符合八隅体的例子只有第二周期元素并且有足够的价电子时才严格遵只有第二周期元素并且有足够的价电子时才严格遵守八隅体。守八隅体。u对于含奇数电子的物种来说，这种分配时不可能的对于含奇数电子的物种来说，这种分配时不可能的u一些第二周期的前几个元素的化合物，如硼烷，一些第二周期的前几个元素的化合物，如硼烷，缺少价电子缺少价电子62u超出第二周期后的元素有可能被多于超出第二周期后的元素有可能被多于8 8个的电子个的电子所围绕，这种现象被称为价层扩充。所围绕，这种现象被称为价层扩充。例如：例如：63思考题：思考题：写出下列中间体的共振极限式，并指出贡献大小。写出下列中间体的共振极限式，并指出贡献大小。64如何解释羧基的羰基氧的碱性比羟基氧强？如何解释羧基的羰基氧的碱性比羟基氧强？如何解释羧基的羰基氧的碱性比羟基氧强？如何解释羧基的羰基氧的碱性比羟基氧强？65注意电荷分离式可能引起芳香性注意电荷分离式可能引起芳香性 66有机化学中的电子效应有机化学中的电子效应1.诱导效应诱导效应(Inductive effects)由电负性不同而引起由电负性不同而引起不存在极性交替现象不存在极性交替现象沿原子链传递，沿原子链传递，随传递距离增加而迅速减弱随传递距离增加而迅速减弱 诱导效应的特点：诱导效应的特点：67比较标准：以比较标准：以H为标准为标准常见的吸电子基团（吸常见的吸电子基团（吸电子电子诱导效应用诱导效应用-I-I表示）表示）NO2 CN F Cl Br I C C OCH3 OH C6H5 C=C H常见的给电子基团（给常见的给电子基团（给电子电子诱导效应用诱导效应用+I表示表示）(CH3)3C (CH3)2C CH3CH2 CH3 Hu带正电荷的基团具有吸电子诱导效应，带负电荷带正电荷的基团具有吸电子诱导效应，带负电荷的基团具有给电子诱导效应。的基团具有给电子诱导效应。68-共轭共轭共轭共轭 共轭体系因电子离域，使电子云密度分布发生共轭体系因电子离域，使电子云密度分布发生共轭体系因电子离域，使电子云密度分布发生共轭体系因电子离域，使电子云密度分布发生改变，导致分子性能改变，这种原子之间的相互改变，导致分子性能改变，这种原子之间的相互改变，导致分子性能改变，这种原子之间的相互改变，导致分子性能改变，这种原子之间的相互影响称共轭效应。影响称共轭效应。影响称共轭效应。影响称共轭效应。单双键交替排列的体系，两个单双键交替排列的体系，两个单双键交替排列的体系，两个单双键交替排列的体系，两个键之间的共轭作用。键之间的共轭作用。键之间的共轭作用。键之间的共轭作用。2.2.共轭效应（共轭效应（共轭效应（共轭效应（Conjugation effectConjugation effect）69 p-p-共轭共轭共轭共轭：键与键与键与键与p p轨道产生的轨道产生的轨道产生的轨道产生的共轭共轭共轭共轭,称称称称p-p-共轭共轭共轭共轭。例如：氯乙烯，烯丙基氯例如：氯乙烯，烯丙基氯 7071定义：定义：当当C-H 键与键与 键（或键（或p电子轨道）处于共轭位电子轨道）处于共轭位置时，也会产生电子的离域现象，这种置时，也会产生电子的离域现象，这种C-H键键 电子电子的离域现象叫做的离域现象叫做超共轭效应。超共轭效应。在超共轭体系中，电子偏转的趋向用弧型箭头表示。在超共轭体系中，电子偏转的趋向用弧型箭头表示。-超共轭超共轭-p 超共轭超共轭3.超共轭效应超共轭效应 Hyperconjugation72特点：特点：1 超共轭效应比超共轭效应比共轭共轭效应效应弱得多。弱得多。2 在超共轭效应中，在超共轭效应中，键键一般是给电子的，一般是给电子的，C-H键越多，键越多，超共轭效应超共轭效应越大。越大。-CH3 -CH2 R -CH R2 -CR373酸碱性定性比较：比较共轭碱的稳定性酸碱性定性比较：比较共轭碱的稳定性共轭碱的稳定性越大（电子效应来判断），酸性越强共轭碱的稳定性越大（电子效应来判断），酸性越强乙酸乙酸 取代乙酸取代乙酸 苯甲酸（对硝基、甲氧基）苯甲酸（对硝基、甲氧基）酸碱理论：酸碱理论：747576碱性强弱可通过电子密度来碱性强弱可通过电子密度来判断，由此可判断反应活性，判断，由此可判断反应活性，改善反应条件。改善反应条件。77解释下列化合物中解释下列化合物中解释下列化合物中解释下列化合物中a a氢氢氢氢(红色红色红色红色)酸性强弱酸性强弱酸性强弱酸性强弱121278Lewis Acid-Base Reactions79Drawing a Curved Arrowfrom the source of electronsto the destination of electronsR.Robinson80热力学控制产物和动力学控制产物热力学控制产物和动力学控制产物 81n 构象构象(comformation)和构象异构体和构象异构体原子或基团在空间的相对位置（构象）原子或基团在空间的相对位置（构象）原子或基团在空间的相对位置（构象）原子或基团在空间的相对位置（构象）开链烷烃的构象开链烷烃的构象82l l 描述立体结构的几种方式描述立体结构的几种方式描述立体结构的几种方式描述立体结构的几种方式83十字的交点代表手性碳十字的交点代表手性碳十字的交点代表手性碳十字的交点代表手性碳。横前竖后，主要官能团写在上端横前竖后，主要官能团写在上端横前竖后，主要官能团写在上端横前竖后，主要官能团写在上端 。伞形式伞形式伞形式伞形式Fischer Fischer 投影式投影式投影式投影式FisherFisher投影式投影式投影式投影式84u Fisher投影式与其它表达式的转化投影式与其它表达式的转化注意：注意：Fisher投影式是重叠式构象投影式是重叠式构象 85l l 环己烷的构象环己烷的构象环己烷的构象环己烷的构象a键键(axial bond)、直立直立键键e键键(equatorial bond)平伏键平伏键86u 立体化学中常用的标记方法立体化学中常用的标记方法1.D/LD-(+)-D-(+)-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛L-(-)-L-(-)-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛基准物基准物基准物基准物在标准的在标准的Fisher投影式中，手性碳原子横键上较投影式中，手性碳原子横键上较大基团在右侧为大基团在右侧为D构型，较大基团在左侧为构型，较大基团在左侧为L构型构型D-(+)-D-(+)-葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖872.Erythro/threo：赤藓糖赤藓糖苏阿糖苏阿糖在标准的在标准的Fisher投影式中，相邻两个手性碳横键上的投影式中，相邻两个手性碳横键上的 较大基团在同侧称为赤式，较大基团在异侧称为苏式。较大基团在同侧称为赤式，较大基团在异侧称为苏式。赤式赤式erythro苏式苏式threoCH3CH3ClHHBrCH3CH3ClHHBr88432143213、R/S 对映异构体对映异构体89(R R)-)-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛(S S)-)-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛构型（构型（R、S）的快捷判定法）的快捷判定法 当最小（优先）基团在横向位置时，其它三个基团优当最小（优先）基团在横向位置时，其它三个基团优先顺序按顺时针排列的，则为先顺序按顺时针排列的，则为S S型（变），如按逆时针排型（变），如按逆时针排列的，则为列的，则为R R型（变）。型（变）。当最小基团在竖向时，其它三个基团的优先次序按当最小基团在竖向时，其它三个基团的优先次序按顺时针排列的，则为顺时针排列的，则为R R型，如按逆时针排列的，则为型，如按逆时针排列的，则为S S型。型。90 Camphor(樟脑）樟脑）由于桥联的作用，没有非对映体由于桥联的作用，没有非对映体1R,4R 1S,4S 91判断开链、环状化合物是否为手性分子时，对判断开链、环状化合物是否为手性分子时，对判断开链、环状化合物是否为手性分子时，对判断开链、环状化合物是否为手性分子时，对构象构象构象构象引引引引起的手性现象可以不予考虑，直接从起的手性现象可以不予考虑，直接从起的手性现象可以不予考虑，直接从起的手性现象可以不予考虑，直接从fischerfischer投影式或投影式或投影式或投影式或平面结构来观察平面结构来观察平面结构来观察平面结构来观察,同样得到正确的结果。同样得到正确的结果。同样得到正确的结果。同样得到正确的结果。因为对于非手性分子，它的某一构象是手性的，那因为对于非手性分子，它的某一构象是手性的，那因为对于非手性分子，它的某一构象是手性的，那因为对于非手性分子，它的某一构象是手性的，那么也一定存在这种构象的对映体，以抵消旋光性。么也一定存在这种构象的对映体，以抵消旋光性。么也一定存在这种构象的对映体，以抵消旋光性。么也一定存在这种构象的对映体，以抵消旋光性。结结 论论 l两原子任意交换一次，分子的构型改变一两原子任意交换一次，分子的构型改变一次，得到对映体。次，得到对映体。92联苯型联苯型命名：近端命名：近端 远端远端轴手性化合物：轴手性化合物：934、Syn（同侧）（同侧）/anti（异侧）（异侧）The main chain is drawn as a zig-zag,and lies in the plane of the paper.Substituents that lie on the same side of the plane are termed syn and those that do not are termed anti.Syn anti A/B syn 945、Re 面面/Si面面 Prochirality(前手性前手性)A molecule that is achiral but that can become chiral by a single alteration is a prochiral molecule956、endo/exo969798四、常用术语四、常用术语1、波谱常用缩写992、常用取代基1003、常见缩写 -p546101