有機(jī)合成第1章緒論基礎(chǔ)知識(shí)

1、有 機(jī) 合 成,大學(xué)生的困惑知識(shí)無用,滿意感,目標(biāo),1,2,3,4,動(dòng)力狀態(tài),溺水狀態(tài),跳樓狀態(tài),空虛狀態(tài),畢業(yè)生的出路在于明確目標(biāo),只有實(shí)踐才能承載理想,有趣的計(jì)算,如果令A(yù)、B、C、DX、Y、Z這26個(gè)英文字母，分別等于百分之1、2、3、424、25、26這26個(gè)數(shù)值， 那么我們就能得出如下有趣的結(jié)論,work（工作,Knowledge（知識(shí),K+N+O+W+L+E+D+G+E= 11+14+15+23+12+5+4+7+5=96,Love（愛情） Luck（好運(yùn),L+O+V+E=12+5+22+5=54% L+U+C+K=12+21+3+11=47,M+O+N+E+Y=13+15+14+

2、5+25=72,NO,Its Attitude（心態(tài),A+T+T+I+T+U+D+E= 1+20+20+9+20+21+4+5=100,態(tài)度決定一切,成為最優(yōu)秀的那個(gè)你,1. 平時(shí)成績(jī) a. 作業(yè) b. 出勤 c. 課堂討論、問答 2. 實(shí)驗(yàn)成績(jī) 3. 期末筆試,有機(jī)合成成績(jī)?cè)u(píng)定,有機(jī)合成課程內(nèi)容,緒論及有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 還原反應(yīng)、氧化反應(yīng)、有機(jī)合成中的保護(hù)基 非穩(wěn)定碳負(fù)離子碳碳鍵的形成、穩(wěn)定化碳負(fù)離子的 烴基化和縮合、有機(jī)硅硼等試劑、自由基反應(yīng) 極性反轉(zhuǎn)、成環(huán)反應(yīng) 逆合成分析法 有機(jī)合成化學(xué)的近期趨勢(shì) 化學(xué)文獻(xiàn)查閱,主要參考書： 1、有機(jī)合成反應(yīng) ，王葆仁著，科學(xué)出版社，第一版； 2、有機(jī)合

3、成指南 ，孟歌譯，化學(xué)工業(yè)出版社，第一版,教 材： 有機(jī)合成，黃培強(qiáng)等，高等教育出版社，2004，第一版,推薦閱讀材料,第一章 緒 論,一、有機(jī)合成的意義： 人類最基本的需求：生存（食品-農(nóng)藥） 人類最高級(jí)的渴望：長(zhǎng)壽（疾病-醫(yī)藥,有機(jī)合成是一門藝術(shù)。分子-建筑,基礎(chǔ)有機(jī)合成：生產(chǎn)基本有機(jī)化工產(chǎn)品，如烴類、醇、醛、酮、鹵代烴等。 原料：1）農(nóng)林加工產(chǎn)品及副產(chǎn)物 2）水、鹽、空氣、CO、CO2和H2等無機(jī)原料 3）天然氣、石油、石油氣、煤焦油及煤等,三苯、三烯、一炔、一萘,精細(xì)有機(jī)合成：利用重要的有機(jī)原料合成醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、香料、食品添加劑、飼料添加劑、各種助劑、表面活性劑等化學(xué)產(chǎn)品,H.Ko

4、ble，他于1845年實(shí)現(xiàn)了從元素單質(zhì)合成乙酸，并第一次用到“合成”這個(gè)詞來描述從其他物質(zhì)制取化合物的過程,二、有機(jī)合成進(jìn)展,有機(jī)合成的另一個(gè)里程碑是1856年W.H.Perkin的苯胺紫合成，這是第一個(gè)合成染料，被視為第一個(gè)工業(yè)精細(xì)有機(jī)合成,19世紀(jì)最重要的全合成是 E.Fischer完成的（）葡萄糖合成,)- 葡萄糖,E.Fischer獲1902年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),Robinson在1917年通過仿生途徑，從丁二醛，甲胺和丙酮二羧酸出發(fā)，僅用一步合成了托品酮,Robinson獲1947年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),有機(jī)合成進(jìn)入R. B. Woodward時(shí)代,奎寧的結(jié)構(gòu),R. B. Woodward 獲19

5、65年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),J.C. Sheehan領(lǐng)導(dǎo)的小組在二戰(zhàn)結(jié)束后的1957年才最終完成青霉素V的全合成,有機(jī)合成進(jìn)入E.J. Corey時(shí)代 一是系統(tǒng)建立了逆合成分析方法; 二是在全合成中設(shè)計(jì)、發(fā)展新的合成試劑與方法,巖沙海葵毒素,Kishi教授于1989年完成了巖沙?？舅兀≒alytixin）羧酸的全合成，是天然產(chǎn)物合成的一個(gè)里程碑,Taxol,Brevetoxin B,化學(xué)反應(yīng)是合成的基礎(chǔ)，合成路線本來就是由一些具體的反應(yīng)，按照一定的邏輯思維組合起來的,合成目標(biāo)化合物分子的骨架,引入所需的官能團(tuán),解決好目標(biāo)化合物的立體化學(xué)方面的要求,合成一個(gè)有機(jī)化合物要考慮的核心問題不外是三個(gè)方面,三

6、、有機(jī)合成的基礎(chǔ)知識(shí),1、碳原子成鍵(雜化）理論,Lewis電子結(jié)構(gòu)式 電子可以配對(duì)成鍵（共價(jià)鍵），使原子能夠形成 一種穩(wěn)定的惰性氣體的電子構(gòu)型八隅體(Octet)。 (價(jià)電子層達(dá)到8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),原子軌道及電子構(gòu)型,電子在核外空間出現(xiàn)概率最大的區(qū)域叫原子軌道（軌道） 電子云的形狀可以表達(dá)為軌道形狀,S軌道,P軌道,1、碳原子成鍵(雜化）理論,共價(jià)鍵的類型： 鍵：電子云沿著鍵軸(兩核間連線)方向以“頭碰頭” 的方式重疊而形成的共價(jià)鍵。 例如：HCl；Cl2；H2,鍵：電子云沿著鍵軸的方向以“肩并肩”地方式重疊 而形成的共價(jià)鍵。 例如：N2，1S22S22P3,原子的結(jié)構(gòu)舉例,C,N,O,1

7、S22S22P2,1S22S22P3,1S22S22P4,躍遷,原子軌道重組,4個(gè)sp3軌道,C: 1s22s22p2,碳原子的幾種軌道雜化,1） sp3雜化,四面體型,雜化軌道組成：S，P 雜化軌道形狀。 空間分布。 代表物：烷烴碳原子,2）sp2雜化,躍遷,原子軌道重組,3個(gè)sp2軌道 2pz,平面型,雜化軌道組成：S, P,雜化軌道形狀,空間分布,代表物：乙烯,3）sp雜化,躍遷,原子軌道重組,直線型,雜化軌道組成：S，P 雜化軌道形狀。 空間分布。 代表物：乙炔,中間體的雜化,注意：當(dāng)碳負(fù)離子其它基團(tuán)發(fā)生共軛時(shí)，其碳原子為 sp2雜化，為平面構(gòu)型,卡賓（Carbene,六電子中心化合物

8、 二價(jià)的碳化物 有機(jī)反應(yīng)活性中間體： 壽命很短、不能分離、能夠“捕獲” 缺電子物種，有親電性,卡賓的結(jié)構(gòu),單線態(tài)：碳采用sp2雜化,二氯卡賓(基態(tài),三線態(tài)：碳采用sp雜化 亞甲基卡賓(基態(tài),常見化合物的雜化,羰基化合物,醇,酚,平面結(jié)構(gòu),SP2SP3之間,羧酸類化合物,胺類化合物,硝基化合物,重氮化合物,HCN,2、共振結(jié)構(gòu)式,錯(cuò)誤理解：混合物 互變異構(gòu),書寫原則,核不動(dòng)：所有原子的相對(duì)位置都保持不變，只有 電子移動(dòng) 數(shù)不變：未成對(duì)電子數(shù)相同（電子排列有差別,1,3-丁二烯,不正確的共振式,書寫共振式的方法,1.寫出一個(gè)你所熟知的共振極限式 2.在已寫出的結(jié)構(gòu)式骨架基礎(chǔ)上將電子成對(duì)移動(dòng),電子轉(zhuǎn)

9、移規(guī)則,p電子向正電荷轉(zhuǎn)移 烯丙基碳正離子,電子沿著p鍵轉(zhuǎn)移 1,3-丁二烯,未成對(duì)電子轉(zhuǎn)移成雙鍵 碳酸根,單電子轉(zhuǎn)移形成p鍵 烯丙基自由基,不是所有的共振式都是等價(jià)的,擁有最多八電子結(jié)構(gòu)的共振式是最重要的,擁有較少相反電荷分離的結(jié)構(gòu)要比擁有較多 電荷分離的結(jié)構(gòu)重要,電荷應(yīng)該優(yōu)先處于和其電負(fù)性一致的原子上,最穩(wěn)定,較穩(wěn)定,不穩(wěn)定，貢獻(xiàn)小,注意：共振式與互變異構(gòu)體的區(qū)別,3、路易斯結(jié)構(gòu)式,1.用單鍵將結(jié)構(gòu)所有成鍵原子連接起來（也就是 共享電子對(duì)） 2. 如果有多余的價(jià)電子，將它們以孤對(duì)電子的形式 使盡可能多的原子滿足八隅體結(jié)構(gòu)。 3. 如仍有原子不滿足八隅體結(jié)構(gòu)，將盡可能多的孤對(duì)電子變?yōu)楣蚕黼娮?/p>

10、對(duì)直到全部滿足八隅體,書寫路易斯結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單、有效方法,形式電荷 （Formal Charge,A Lewis structure is not complete unless formal charges (if any) are shown,CH2N2 疊氮化合物 臭氧 硝基甲烷 亞硝酰正離子NO+ 一氧化碳,思考題：寫出下列化合物的路易斯結(jié)構(gòu)式,1,3-Dipolar Compounds,不符合八隅體的例子,只有第二周期元素并且有足夠的價(jià)電子時(shí)才嚴(yán)格遵守八隅體,對(duì)于含奇數(shù)電子的物種來說，這種分配時(shí)不可能的,一些第二周期的前幾個(gè)元素的化合物，如硼烷，缺少價(jià)電子,超出第二周期后的元素有可能被多

11、于8個(gè)的電子所圍繞，這種現(xiàn)象被稱為價(jià)層擴(kuò)充,例如,思考題,寫出下列中間體的共振極限式，并指出貢獻(xiàn)大小,如何解釋羧基的羰基氧的堿性比羥基氧強(qiáng),注意電荷分離式可能引起芳香性,有機(jī)化學(xué)中的電子效應(yīng),1. 誘導(dǎo)效應(yīng)( Inductive effects,由電負(fù)性不同而引起 不存在極性交替現(xiàn)象 沿原子鏈傳遞， 隨傳遞距離增加而迅速減弱,誘導(dǎo)效應(yīng)的特點(diǎn),比較標(biāo)準(zhǔn)：以H為標(biāo)準(zhǔn),常見的吸電子基團(tuán)（吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)用-I表示,NO2 CN F Cl Br I CC OCH3 OH C6H5 C=C H,常見的給電子基團(tuán)（給電子誘導(dǎo)效應(yīng)用+I表示,CH3)3C (CH3)2C CH3CH2 CH3 H,帶正電荷的基

12、團(tuán)具有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，帶負(fù)電荷的基團(tuán)具有給電子誘導(dǎo)效應(yīng),共軛,共軛體系因電子離域，使電子云密度分布發(fā)生改變，導(dǎo)致分子性能改變，這種原子之間的相互影響稱共軛效應(yīng),單雙鍵交替排列的體系，兩個(gè)鍵之間的共軛作用,2.共軛效應(yīng)（Conjugation effect,p-共軛： 鍵與p軌道產(chǎn)生的共軛,稱p-共軛,例如：氯乙烯，烯丙基氯,定義：當(dāng)C-H 鍵與鍵（或p電子軌道）處于共軛位置時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電子的離域現(xiàn)象，這種C-H鍵 電子的離域現(xiàn)象叫做超共軛效應(yīng),在超共軛體系中，電子偏轉(zhuǎn)的趨向用弧型箭頭表示,超共軛,p 超共軛,3.超共軛效應(yīng) Hyperconjugation,特點(diǎn)：1 超共軛效應(yīng)比共軛效應(yīng)弱得多

13、。 2 在超共軛效應(yīng)中， 鍵一般是給電子的， C-H鍵越多，超共軛效應(yīng)越大,CH3 -CH2 R - CH R2 -CR3,酸堿性定性比較：比較共軛堿的穩(wěn)定性 共軛堿的穩(wěn)定性越大（電子效應(yīng)來判斷），酸性越強(qiáng) 乙酸 取代乙酸 苯甲酸（對(duì)硝基、甲氧基,酸堿理論,堿性強(qiáng)弱可通過電子密度來判斷，由此可判斷反應(yīng)活性，改善反應(yīng)條件,解釋下列化合物中a氫(紅色)酸性強(qiáng)弱,1,2,1,2,Lewis Acid-Base Reactions,Drawing a Curved Arrow from the source of electrons to the destination of electrons,R.

14、Robinson,熱力學(xué)控制產(chǎn)物和動(dòng)力學(xué)控制產(chǎn)物,構(gòu)象 (comformation) 和構(gòu)象異構(gòu)體,原子或基團(tuán)在空間的相對(duì)位置（構(gòu)象,開鏈烷烴的構(gòu)象,描述立體結(jié)構(gòu)的幾種方式,十字的交點(diǎn)代表手性碳。橫前豎后，主要官能團(tuán)寫在上端,傘形式,Fischer 投影式,Fisher投影式,Fisher投影式與其它表達(dá)式的轉(zhuǎn)化,注意：Fisher投影式是重疊式構(gòu)象,環(huán)己烷的構(gòu)象,a鍵 (axial bond)、直立鍵,e鍵 (equatorial bond)平伏鍵,立體化學(xué)中常用的標(biāo)記方法 1. D / L,D-(+)-甘油醛,L-(-)-甘油醛,基準(zhǔn)物,在標(biāo)準(zhǔn)的Fisher投影式中，手性碳原子橫鍵上較 大

15、基團(tuán)在右側(cè)為D構(gòu)型，較大基團(tuán)在左側(cè)為L(zhǎng)構(gòu)型,D-(+)-葡萄糖,2. Erythro/threo,赤蘚糖,蘇阿糖,在標(biāo)準(zhǔn)的Fisher投影式中，相鄰兩個(gè)手性碳橫鍵上的 較大基團(tuán)在同側(cè)稱為赤式，較大基團(tuán)在異側(cè)稱為蘇式,赤式erythro,蘇式threo,3、R/S,對(duì)映異構(gòu)體,R)-甘油醛,S)-甘油醛,構(gòu)型（R、S）的快捷判定法 當(dāng)最?。▋?yōu)先）基團(tuán)在橫向位置時(shí)，其它三個(gè)基團(tuán)優(yōu)先順序按順時(shí)針排列的，則為S型（變），如按逆時(shí)針排列的，則為R型（變）。 當(dāng)最小基團(tuán)在豎向時(shí)，其它三個(gè)基團(tuán)的優(yōu)先次序按順時(shí)針排列的，則為R型，如按逆時(shí)針排列的，則為S型,Camphor (樟腦,由于橋聯(lián)的作用，沒有非對(duì)映體

16、,1R, 4R,1S, 4S,判斷開鏈、環(huán)狀化合物是否為手性分子時(shí)，對(duì)構(gòu)象引起的手性現(xiàn)象可以不予考慮，直接從fischer投影式或平面結(jié)構(gòu)來觀察, 同樣得到正確的結(jié)果。 因?yàn)閷?duì)于非手性分子，它的某一構(gòu)象是手性的，那么也一定存在這種構(gòu)象的對(duì)映體，以抵消旋光性,結(jié) 論,兩原子任意交換一次，分子的構(gòu)型改變一次，得到對(duì)映體,聯(lián)苯型,命名：近端 遠(yuǎn)端,軸手性化合物,4、 Syn（同側(cè)）/anti （異側(cè),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