有机化合物的合成知识点.docx

有机化合物的合成【竞赛要求】有机合成的一般原则。引进各种官能团包括复合官能团的方法。有机合成中的基团保护。导向基。碳链增长与缩短的根本反响。有机合成中的选择性。【学问梳理】一、有机合成的一般原则有机合成是有机化学的重要组成局部，是建立有机化学工业的根底，有机合成一般都应遵循以下原则：1、反响步骤较少，总产率高。一个每步产率为80%的十步合成的全过程产率仅为 10.7%， 而每步产率为 40%的二步合成的全过程产率可达16%。因此要尽可能压缩反响步骤，以免合成周期过长和产率过低。2、每步的主要产物易于分别提纯。要力求承受只生成一种或主要生成一种的牢靠反响， 避开生成各种产物的混合物。3、原料易得价格廉价。通常选择含四个或少于四个碳原子的单官能团化合物以及单取代苯等作为原料。在实际合成中，假设欲合成芳香族化合物时，一般不需要合成芳香环，尽量承受芳香族化合物作为起始物，再引入官能团；假设欲合成脂肪族化合物时，关键的步骤是合成碳骨架并同时考虑官能团的引入，引入的官能团可能并非为所需产物中的官能团，但可以通过官能团的转变，形成所需产物中的官能团。二、有机物的合成方法包括碳架的建立、各种官能团引进等一芳香族化合物的合成1、合成苯环上仅连有一个基团的化合物一般以苯为原料，通过芳香烃的亲电取代反响引入基团，如表 17-1；通过芳香重氮盐的亲核取代反响引入基团，如表 17-2；也可以通过活化的芳香卤烃的亲核取代引入基团，如表17-3。2、合成苯环上仅连有两个基团的化合物假设所需合成的化合物两个基团相互处于邻位或对位，则其中至少有一个基团属于邻、对位定位基；假设所需合成的化合物两个基团相互处于间位，则其中至少有一个基团属于间位- 1 -定位基。例如：ArHArBr NO2合成苯环上含有两个基团的化合物时，假设两个两个基团相互处于邻位或对位，而两个基团都不是邻、对位定位基或两个基团相互处于间位，但都不是间位定位基，在这两种状况下，一般不能依靠其中一个基团的定位作用将另一个基团引入所需的位置上，而需要通过中间转化过程来实现。具体方法有：（1） 对于亲电取代反响，在合成挨次中，假设会形成邻、对位定位基中间体，则进展亲电取代反响，例如由苯合成对硝基苯甲酮。（2） 引入一种基团，这种基团具有确定的定位作用，待其次基团引入后，再除去这种基团，例如由苯合成间二溴苯。3、当用取代苯作为起始物时，可通过转变起始物取代基转化的先后挨次来打算最终产物分子中基团的相对位置，例如由甲苯合成硝基苯甲酸。在将两个基团引入到苯环上时，应考虑以下两个问题：（1） 在由选择余地时，首先引入最强的致活基团或最弱的致钝基团进入苯环。（2） 要特别留意某些反响条件的要求。例如合成 时，有下述两种合成途径：明显第一条途径较好，在引入致活基团C2H5 后有利于其次步反响；而其次条途径引入的 Br 是致钝基团，下一步付克反响不能进展。二脂肪族化合物的合成在合成脂肪族化合物时，首先要考虑的问题是如何建立碳架；其次假设还有官能团存在， 则在建立碳架的同时，还需要考虑官能团的建立。一般是将两个或三个预先形成的碎片按一 定的方式连接，使形成的官能团恰好在所需的位置，这一步是整个合成步骤中最关键的一步。通过亲核加成反响形成碳碳键和通过亲核取代反响形成碳碳键的典型反响如下。1、通过亲核加成反响形成碳碳键的反响2、通过亲核取代反响形成碳碳键的反响3、形成双官能团化合物的反响11，1 双官能团化合物21，2 双官能团化合物31，3 双官能团化合物41，4 双官能团化合物三、有机合成中的基团保护、导向基一基团保护在有机合成中，些不期望起反响的官能团,在反响试剂或反响条件的影响下而产生副反响， 这样就不能到达估量的合成目标，因此，必需实行对这些基团进展保护，完成合成后再除去 保护基，使其复原。对保护措施确定要符合以下要求：只对要保护的基团发生反响，而对其他基团不反响；反响较简洁进展，精制简洁；保护基易脱除，在除去保护基时，不影响其他基团。下面只简洁介绍要保护的基团的方法。1、羟基的保护在进展氧化反响或某些在碱性条件进展的反响，往往要对羟基进展保护。如防止羟基受碱的影响，可用成醚反响。 OHOR防止羟基氧化可用酯化反响。O OHOCR2、对氨基的保护氨基是个很活泼的基团，在进展氧化、烷基化、磺化、硝化、卤化等反响时往往要对氨基进展保护。（1） 乙酰化 NH2CH3COCl或酸酐NHOCCH23（2） 对 NR 可以加H+ 质子化形成季铵盐， NH 也可加H+ 成 NH而保护。2233、对羰基的保护羰基，特别是醛基，在进展氧化反响或遇碱时，往往要进展保护。对羰基的保护一般承受缩醛或缩酮反响。CHO + 2ROHH+ CH(OR)24、对羧基的保护 羧基在高温或遇碱性试剂时，有时也需要保护，对羧基的保护最常 用的是酯化反响。COOH + ROHH+ COOR5、对不饱和碳碳键的保护碳碳重键易被氧化，对它们的保护主要要加成使之到达饱和。二导向基 H NO2- NH，同时氨基也简洁去掉： NH N + H222因此，它的合成路线是：在有机合成中，往往要“借”某个基团的作用使其到达预定的目的，预定目的到达后， 再把借来的基团去掉，恢复原来面貌，这个“借”用基团 我们叫“导向基”。固然这样的基团，要符合易“借”和易去掉的原则，如由苯合成1,3,5 三溴苯,在苯的亲电取代反响中，溴是邻、对位取代基，而 1,3,5 三溴苯互居间位，明显不是由溴的定位效应能引起的。但如苯上有一个强的邻、对位定位基存在，它的定位效应比溴的定位效应强，使溴进入它的邻、对 位，这样溴就会呈间位，而苯环上原来并无此类基团，明显要在合成时首先引入，完成任务 后，再把它去掉，恰好氨基能完成这样的任务，由于它是一个强的邻、对位定位基，它可如 下引入:依据导向基团的目的不同，可分为以下几种状况：OO1、致活导向O假设要合成C H可以用+C HBrC H6 56 5O6 5但这种方法产率低，由于丙酮两个甲基活性一样，会有副反响发生：C H6 5BrOC H6 5BrOC H碱6 5碱6 5C HC H6 5但在丙酮的一个甲基上导入一个致活基团，使两个甲基上的氢的活性有显著差异，这可用一个乙酯基COOC H2 5导入丙酮的一个甲基上，则这个甲基的氢有较大的活性，使这个碳成为苄基溴进攻的部位，因此，利用乙酰乙酸乙酯而不用丙酮，完成任务后，把乙酯基水解成羧基，利用b 酮酸易于脱羧的特性将导向基去掉，于是得出合成路线为：OCOOC H2 5COOC HOC2H5ONa2 5C6H5OO1H3O2BrCOOC H2 565C HC H6 52、致钝导向2活化可以导向，有时致钝也能导向，如合成H NBr氨基是很强的邻、对位定位基，进展取代反响时简洁生成多元取代物：NH2NH2+ BrBrBr2- 8 -Br如只在苯胺环上的氨基的对位引入一个溴，必需将氨基的活性降低，这可通过乙酰化反响来到达，同时乙酰氨基是一个邻、对位定位基，而此状况下对位产物是主要产物：- 16 -NHNHCOCH23NHCOCHNH23Br2H2OBrBr3、利用封闭特定位置来导向NH2例如合成NO2，用苯胺为起始原料，用混酸硝化，一方面苯胺易被硝酸氧化，另一方面，苯胺与硫酸还会生成硫酸盐，而NH2NH SO H34是一个间位定位基，硝化时得到NO，所以苯胺硝化时，要把苯胺乙酰化后，再硝化。2NHNHCOCH23NHCOCH3+NO2NHCOCHNHNH322NONO2+2NO290%微量主要微量由于乙酰基此时主要是对位产物，所以仍不能到达目的。假设导向一个磺酸基，先把氨基的对位封闭，再硝化，可以得到满足结果：NHNHCOCH23NHCOCH3NHCOCHNH57%H S232NONO2煮沸23SO HSO H3四、碳链增长与缩短的根本反响1、碳链增长的反响起始原料反响及产物烯类炔类卤代烃环氧乙烷羰基化合物丙二酸二乙酯乙酰乙酸乙酯有机金属化合物2、碳链缩短的反响（1） 不饱和化合物的氧化（2） 卤仿反响（3） 霍夫曼降级反响（4） 羧酸反响（5） 芳香族化合物氧化五、有机合成中的选择性在有机合成中，还需要考虑选择性，这些选择大致有以下几类。1、化学选择分子中的几个基团，有时不需要加以保护和特别的活化，某一基团本身就有选择性的反响，一样基团当处于分子中的不同部位时，就可能产生反响的差异性，这在有机合成中可以利用，例如可以通过对反响条件的把握来把握反响进展的程序：CH COOCHCH COOCH223COOCHCOOCH3KOH，CH3OH，回流三分钟HOOH3HOOH脂肪族酯易水解COOCH3COOCH384%CH COOH1 40% NaOH，95232 H3OCOOCH两个酯基先水解空阻小的3HOOHCOOCH第三个酯基要在更猛烈的条件下，如在NaOH 和高沸点溶剂乙二醇中回流才能水解。不同的官能团对同一试剂的反响是不同的，有的能够与之作用，有的却不能，即使能够作用的，也有反响性强弱的差异，表现在反响有快慢和难易的区分，这些差异，在有机合成中 也是有用的。例如，烯烃和炔烃虽然都能与卤素加成，但炔烃的反响却远弱于烯烃，以致可Br2 CCl420/，以同时含有烯键和炔键的化合物中实现选择加成，如：CH =CHCH CCHCH CHCH CCH2222BrBr90%选择性试剂在合成中也常常用到。例如O1C6H5MgBr(C H )CHCHOCC H1，4 加成2C HCHCHCC H6 56 52H O6 5 226 5(96%)1C6H5LiC H CH= CHC(C H )1，2 加成2H2O6 56 5 2(75%)OH有机锂倾向于 1，2加成。2、方位选择性苯乙烯和溴化氢加成时，全部生成 溴乙苯，这是一个方位选择性很强的反响。C H CH = CH + HBr C H CHCH6 526 53Br在双烯合成中，方位选择性也很强。芳香族化合物的二元取代反响，实际上也是一种方位选择性反响。3、立体化学选择性当反响产物可能是一种以上的立体异构体时，就有必要设计一种只产生所要的产物的合成法，即必需承受立体有择反响或立体专一反响，全部的立体专一的反响，确定是立体有择反响。而立体有择反响不愿定是立体专一性反响。受立体化学把握的反响常见的有以下几类：（1） 卤化烃的 SN2 反响，产生构型翻转产物。（2） 炔烃的加成：Na+NH3RCCRRCCR+H2PdCaCO3/Pd或 Ni BRCCR+Br2（3） 烯烃的氧化KMnO 稀冷4HHOHOH1OsO4HH2H2O2OHOH（4） 卤素与烯烃加成+ BrBrHHBr（5） 硼氢化氧化反响（6） 卤代烷的E2 反响（7） 羰基加成当羰基两边的空间条件不同时，其中一种加成产物可能占优势，如