大学有机化学有机合成全面总结.pptx

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1、一、合成的目的和要求 所谓有机合成就是从简单易得的原料，通过一步或多步化学反应制备出比较复杂的目标分子的过程。它也包括将复杂的物质变为简单物质的过程。有 机 合 成1.合成的目的 通过一定的反应，使原来分子中某一个或几个化学键断裂，同时形成一个或几个新的化学键，从而使分子发生转变或将几个小分子连接起来。2.合成的要求：合成的步骤越少越好；每步的产率越高越好；原料越便宜越好。第1页/共34页 合成目标化合物分子的骨架 引入所需的官能团 目标化合物的立体化学方面的要求 化学反应是合成的基础，合成路线本来就是由一些具体的反应，按照一定的逻辑思维组合起来的。合成一个有机化合物要考虑的核心问题不外是三个

2、方面：碳胳的形成和变化 增长碳链或增加支链 碳链的减短 碳环的合成 官能团的引入 官能团的相互转化二、有机合成的基本反应第2页/共34页或ZnCl2 增长碳链或增加支链：1.增加一个碳原子的反应 无水乙醚 H2O/H+R-MgX +HCHO RCH2OH 无水乙醚 H2O/H+R-MgX +CO2 RCOOH R-X +NaCN R-CN RCOOHH2O/H+其中：R-X为脂肪族伯卤代烃HCHOHCl+CH2ClAlCl3或ZnCl2YY其中：Y为供电子基COHCl+CHOAlCl3第3页/共34页CRHOHCNCRHOHCN-氰醇8应用范围：醛、甲基脂肪酮、C 以下环酮C COOHOHRH

3、-羟基酸2H OH+2.增加二个碳原子的反应RCH2CH2OHH3O+R MgXCH2CH2OR CH2OMgXCH2+3.增加多个碳原子的反应 R-C CH R-C CNa R-C C-R/其中：R/为伯卤代烃X 为Cl、Br、INaNH2R/X第4页/共34页 铜锂试剂反应 傅-克反应 武慈反应R-X +R-X R-R其中：R/最好为伯烷基X 为Cl、Br、INaR-X R-Li R2CuLi R-R/LiCuIR/X其中：R/最好为伯烷基；R 一般无限制X 为Cl、Br、I+R-X R（或烯、醇）AlCl3烷基化：R 3 时重排产物为主第5页/共34页 羟醛缩合CHO+OH-Zn-Hg

4、2 CH3(CH2)4CHO CH3(CH2)4CH=C-CHO(CH2)3CH3-OH自身缩合：交叉缩合：CH3-C-C(CH3)3O=CH=CH-C-C(CH3)3O=酰基化：+CH3CH2CH2-C-ClC-CH2CH2CH3（或酸酐）AlCl3O=O=CH2CH2CH2CH3HCl第6页/共34页 格氏试剂与羰基化合物反应CRR/OH R/-C-H（R/）O=RMgX/无水乙醚 H2O/H+H（R/）R/-C-X O=RMgX/无水乙醚 H2O/H+R/-C-RO=RMgX/无水乙醚 H2O/H+CRR/OH RR/-C-OR/O=RMgX/无水乙醚 H2O/H+R/-C-RO=RMg

5、X/无水乙醚 H2O/H+CRR/OH R其中：R、R/、R/为烷基、芳基X 为Cl、Br第7页/共34页 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯的反应R-XC2H5ONaCH3-C-CH2-C-OC2H5=O=OCH3-C-CH-C-OC2H5=O=OR H+,稀OH-浓OH,-H+R-CH2C-OH=OCH3-C-CH2-R=O酮式分解酸式分解CH2(COOC2H5)2C2H5ONaCH(COOC2H5)2 Na-+R-CH(COOC2H5)2 H+，OH/H2O-R-CH2COOHR-X第8页/共34页 维荻希试剂与醛酮的反应季膦盐-RR/CH(ph)3PR/R/C=O +R/R/C=C RR/R、R/

6、、R/、R/可以为 H、-R、-Ar、-COOR等 碳链的减短 不饱和烃的氧化RCH=CHR/RCOOH +R/COOHKMnO4H+R-C=CH2 R-C=O +CO2KMnO4H+R/R/R-C CH RCOOH +CO2 KMnO4H+CH2CH2CH3-CH(CH3)2KMnO4H+COOH-COOH第9页/共34页 不饱和烃与臭氧作用 卤仿反应R-C=CHR/R-C=O +R/CHO O3 Zn/H2O R/R/X 为Cl、Br、IR-CHCH3 CHX3 +R-COONaX2+NaOH或 NaOXOHR-C-CH3 CHX3 +R-COONaX2+NaOH或 NaOXO=脱羧反应R

7、-COONa +NaOH（CaO）R-HR-C-NH2 R-NH2O=Br2+NaOH或 NaOBr+NaOH 霍夫曼降解反应第10页/共34页 碳环的合成 双烯合成（D-A反应）二元羧酸脱羧+X-X其中：X 为吸电子基，反应容易进行CH2COOHCH2COOHCH2 n（）（）C=OCH2 CH2CH2 n其中：n=2，3 卡宾反应C=C +CH2N2 C CCH2hC=C +CHCl3 C CCCl Cl(CH3)3COK第11页/共34页 荻克曼缩合反应 傅克酰基化反应CH2C-OC2H5CH2C-OC2H5O=O=CH2 nC2H5ONa-C2H5OH（）（）C=OCH2 CHCOOC

8、2H5CH2 n H+OH-（）C=OCH2 CH2CH2 n其中：n=2，3OO=O=+AlCl3O=C=OCHOZn-HgHClO=CHOO=CCl=O=OAlCl3SOCl2多聚磷酸第12页/共34页 官能团的引入1.引入卤素-CH3+Cl2-CH2Cl-CH3Cl-hFe-CH3-CH2BrNBSCl2 CH3CH2CH=CH2NBS500CH3CHCH=CH2CH3CHCH=CH2BrCl第13页/共34页X2 R-CH=CH2HXR-CHCH2R-CH-CH3XXHBr过氧化物XR-CH2-CH2Br（符合马氏规则）（违反马氏规则）R-C CHX2HXR-C=CHR-C=CH2XX

9、XR-CCHR-CCH3XXXX2HXXXX2.双键或三键的形成 R-CH-CH-R/R-CH=CH-R/+HX R-CH-CH-R/R-CH=CH-R/+H2ONaOHH2SO4乙醇XHOH H170第14页/共34页 R-CH-CH-R/R-CH=C-R/R-C C-R/NaOH乙醇XXNaNH2X R2C=O +R/CH=P(C6H5)3 R2C=CHR/3.引入羟基 R-CH=CH2H2OR-CH-CH3OH(BH3)2 H2O2/OH-R-CH2CH2OH（符合马氏规则）（反马氏规则）H2SO4 R-C=O R-CH-OHH（R/）H（R/）H O H =LiAiH4、NaBH4、H

10、2/Ni、Pt、Pd等 R-COOR/R-CH2OH +R/OH H H =LiAiH4、C2H5OH+Na、H2/Ni、Pt、Pd等第15页/共34页 R-CH2X RCH2OH H2O/OH-PX3、PX5、SOCl2 格氏试剂合成法HCHO R-CH2OH RMgX/无水乙醚 H2O/H+R RMgX/无水乙醚 H2O/H+R/-C-R/O=RMgX/无水乙醚 H2O/H+R/-C-OHR R/R/-CHO R/-CH-OH 二元醇的制备C=C C C稀、冷KMgO4或OsO4OH OH顺式产物R-CH-CH2 R-CH-CH2 OH2O/H+反式产物OHOH第16页/共34页4.引入羰

11、基 HC CH +H2O CH3CHOHgSO4H2SO4R-C CH +H2O R-C-CH3HgSO4H2SO4=O CH2=CH2 +O2 CH3CHO PdCl2-CuCl2 R-CH=CH2 +O2 R-C-CH3=OPdCl2-CuCl2 R-CH=C R-CHO +O=C O3 Zn/H2O R/R/R/R/R-CH-R/R-C-R/KMnO4=OOH第17页/共34页5.醚键的形成 2 ROH R-O-R +H2OH2SO4合成对称醚 威廉姆逊合成法R-ONa +R/-X R-O-R/+NaX 其中：R=伯、仲、叔烷基R/=伯、仲（不能为叔）烷基 环醚的合成 硫酸二甲酯合成酚醚

12、+(CH3)2SO2-O-CH3-OH140R-CH=CH2 +O2 R-CH-CH2 Ag200300OR-CH=CH2 +HOCl R-CH-CH2 R-CH-CH2 OCa(OH)2OH Cl第18页/共34页6.其它一些反应 C=O -CH2-克莱门森还原法:沃尔夫-黄鸣龙还原法:炔烃选择加氢合成烯烃R-C-R/R-CH2-R/Zn-HgHClR-C-R/R-CH2-R/H2N-NH2，NaOH二缩乙二醇=O=OR-C C-R/Na+NH3液H2/BaSO4或Pd/C或Lindlar试剂C=CC=CRRR/R/HHHH顺式加成反式加成H2SO4 RCH2CH2-OH R-CH=CH2

13、RCH2CH3H2Ni170第19页/共34页O=7.芳环上引入-X、-NO2、-NH2、-SO3H、-R、-C-RO=-X-NO2-R-C-R-NH2-SO3HX2FeX3 或FeH2SO4+HNO3Fe+HClH2SO4 SO3或浓H2SO4R-XAlCl3R-C-XAlCl3O=第20页/共34页 官能团的相互转化R-COCl R-CONH2 R-COOR/(RCO)2O R-COOHNH3R/OHNH3NH3H3O+H3O+H2OH2OR/OHR/OHP2O5SOCl22.羧酸及其衍生物的转换1.卤素、羟基、氨（胺）、羰基、羧基的转换R-OH R-C-R-COOH R-MgX R-X

14、R-NR2R-NH2R-NHRR-COOH R-CN R-CH2NH2 H O O NaCNH3O+R-XR-NH2NH3PX3H2O/OH-Mg CO2 H3O+O=第21页/共34页 在有机合成中，往往要考虑到某些官能团也会受到反应试剂或条件的影响而产生副反应，甚至影响整个合成过程。因此在合成时必须采取对某些受影响的基团暂时转换为另外的稳定的结构，而进行保护措施，待反应完毕再使基团复原。在选择保护基时要符合下列要求:在温和条件下易与被保护基团反应。保护基必须在保护阶段的各种条件下是稳定的。保护基易于在温和条件下除去。三、官能团的保护第22页/共34页R=伯、仲、叔烃基四氢吡喃醚：对碱、格氏

15、试剂、烷基锂、催化加氢及 一些氧化剂稳定。但对酸不稳定。转变成醚醚：对格氏试剂、还原剂、氧化剂、碱稳定。1.醇羟基的保护 四氢吡喃醚ROH +H+OOR-O-四氢吡喃醚H2O/H+ROH +HO(CH2)4CHOROH R-O-CPh3 Ph3CClCH3COOH/H2O第23页/共34页2.酚羟基的保护苯甲醚：对碱、氧化剂、还原剂等稳定，但对酸不稳定。OHOCH3CH3I 或(CH3)2SO4HI，3.醛、酮、羰基的保护缩醛（酮）：对还原剂、氧化剂、碱、格氏试剂稳定，但对酸不稳定。R-C-R/O=CRR/OOHOCH2CH2OH/干HClH2O/H+R-C-HO=CRHOCH3 OCH3CH

16、3OHH2O/H+第24页/共34页4.羧基的保护R-COOH R-COOCH3CH3OH/H+H2O/H+或OH-5.氨基的保护NH2NH3 SO4H+-H2SO4NaOH 间位基CH3COCl 或(CH3CO)2ONHCOCH3NH2邻对位基H2O/H+或OH-6.双键的保护卤代烃：对碱、氧化剂、还原剂稳定R-CH=CH-R/R-CHCH-R/XXX2Zn第25页/共34页 当我们为一个目标化合物设计了几条可能的合成路线时，可以根据几条原则来评估各条路线的优劣，从而选择最佳路线。1.有机合成路线的选择原则:7.芳环位置的保护H2O/H+H2SO4SO3H四、选择合成路线的步骤和方法第26页

17、/共34页选择路 线原则结构上要求碳架的形成官能团的引入经济上要求 原料易得，便宜 产物易分离，收率高，副 步骤要求简单 反应经典，可发生，条件温和，对环境污染小反应少反应步骤少，收率要高是选择合成路线的重要因素。如化学反应：AABABCABCDBCD假如反应每步产率90%，则3步后总产率为(0.9)3 100=73%假如反应每步产率70%，则3步后总产率为(0.7)3 100=34%第27页/共34页平衡法：A AB ABCBCD DE DEFEFABCDEF90%90%90%90%90%其中只有3步连续，总产率为（0.9)3 100=73%A AB ABC ABCD ABCDE ABCDE

18、FBCDEF如用5步反应，每步产率90%，直线法：则5步后总产率为（0.9)5 100=59%原料易得是指合成要用些基本的原料。常用“三烯一炔”（乙、丙、丁烯及乙炔），“三苯一萘”（苯、甲苯、二甲苯及萘）及小于C4原子的醇类和甲醛、乙醛、草酸、卤苯、环己烷、丙二酸二乙酯等。第28页/共34页 实验方法切实可行，包括实验室方法或工业方法，因为并非所有的反应都有合成意义。另外，尽量使用经典的反应，若不平常的反应过多，失败的机会也会多，且关键的反应越早出现越好，即决定整个合成成败的反应应尽早出现。如果关键反应在整个合成路线的后面，一旦失败，就前功尽弃。首先分析产物的结构要求,包括碳架、官能团及其 位

19、置立体化学要求等。利用倒推（逆向合成）法思考。从产物的结构回忆所有可能的合成方法，确定初步 合成的方案。2.解合成题的基本方法第29页/共34页 有机合成设计就是在合成一个化合物之前，研究、设计最佳的合成路线，它是有机合成成败的关键，目前有机合成路线设计多采用逆向合成法。其特点是先剖析目标分子的结构，从目标分子开始，逆推至中间物，逐步倒推到原料，并要考虑如何从简便的原料开始（经过哪些反应）合成出目标分子。从头完成反应式，重要的条件要注明，如反应的温度、压力、催化剂、溶剂等。对目标分子A，可能的中间物（B、C、D、E）或起始原料（F、GO、P）。A 目标分子（T.M.）B C D E F GH

20、IJ K LM N O P“合成树”第30页/共34页 在进行有机合成时，一般用割切法，如何割切则有多种方法，但其中有一部分割切是没有意义的，要找到最佳的割切方法，可根据如下原则割切：最大程度简化ba从a 处分割：C CH3CH3OHaC CH3 +CH3MgBrO=CH-CH3 OH-MgBr +CH3-CHO从b 处分割：C CH3CH3OHb-MgBr +CH3-C-CH3O=如：合成C CH3CH3OH二甲基环戊基甲醇3.目标分子拆分的一般方法:第31页/共34页 从反应活性来考虑如：合成C=OOOba从a 处分割：C=OOOa从b 处分割：C=OOObC-CH2Br +=OOOO=Br-C-CH2 OO+OOCH2IIHOHO+.酰卤反应活性大于卤代烃，且环上电子云密度高，有利于酰基化反应。第32页/共34页 考虑问题要全面如：合成-O-CH2CH2CH2CH=CH2a b+NaOCH2CH2CH2CH=CH2X从a 处分割：O-CH2CH2CH2CH=CH2a+BrCH2CH2CH2CH=CH2ONa+BrMgCH2CH=CH2CH2CH2OHO-CH2CH2CH2CH=CH2O-CH2CH2CH2CH=CH2从b 处分割：b第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页