大學(xué)有機化學(xué)有機合成全面總結(jié)課堂PPT

1、1有有 機機 合合 成成 2一、合成的目的和要求一、合成的目的和要求 所謂所謂有機合成有機合成就是從就是從簡單易得簡單易得的的原料原料，通過，通過一步一步或或多步多步化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)制備出比較復(fù)雜的制備出比較復(fù)雜的目標分子目標分子的過程。它也的過程。它也包括將包括將復(fù)雜的物質(zhì)復(fù)雜的物質(zhì)變?yōu)樽優(yōu)楹唵挝镔|(zhì)簡單物質(zhì)的過程。的過程。有有 機機 合合 成成1. 合成的目的合成的目的 通過一定的反應(yīng)，使原來分子中某一個或幾個化學(xué)通過一定的反應(yīng)，使原來分子中某一個或幾個化學(xué)鍵斷裂，同時形成一個或幾個新的化學(xué)鍵，從而使分子鍵斷裂，同時形成一個或幾個新的化學(xué)鍵，從而使分子發(fā)生轉(zhuǎn)變或?qū)讉€小分子連接起來。發(fā)生轉(zhuǎn)變

2、或?qū)讉€小分子連接起來。2. 合成的要求：合成的要求： 合成的步驟越少越好；合成的步驟越少越好； 每步的產(chǎn)率越高越好；每步的產(chǎn)率越高越好； 原料越便宜越好。原料越便宜越好。3 合成目標化合物分子的骨架合成目標化合物分子的骨架 引入所需的官能團引入所需的官能團 目標化合物的立體化學(xué)方面的要求目標化合物的立體化學(xué)方面的要求 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。體的反應(yīng)，按照一定的邏輯思維組合起來的。合成一個有機化合物要考慮的合成一個有機化合物要考慮的核心問題核心問題不外是不外是三個方面三個方面： 碳胳的

3、形成和變化碳胳的形成和變化 增長碳鏈或增加支鏈增長碳鏈或增加支鏈 碳鏈的減短碳鏈的減短 碳環(huán)的合成碳環(huán)的合成 官能團的引入官能團的引入 官能團的相互轉(zhuǎn)化官能團的相互轉(zhuǎn)化二、有機合成的基本反應(yīng)二、有機合成的基本反應(yīng)4或或zncl2 增長碳鏈或增加支鏈：增長碳鏈或增加支鏈：1. 增加一個碳原子的反應(yīng)增加一個碳原子的反應(yīng) 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+ r-mgx + hcho rch2oh 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+ r-mgx + co2 rcooh r-x + nacn r-cn rcoohh2o / h+其中：其中：r-x為為脂肪族脂肪族伯鹵代烴伯鹵代烴hchohcl+ch2cl

4、alcl3或或zncl2yy其中：其中：y為為供電子基供電子基cohcl+choalcl35crhohcncrhohcn -氰氰醇醇8應(yīng)應(yīng)用用范范圍圍：醛醛、甲甲基基脂脂肪肪酮酮、c 以以下下環(huán)環(huán)酮酮c coohohrh -羥羥基基酸酸2h oh+2. 增加二個碳原子的反應(yīng)增加二個碳原子的反應(yīng)rch2ch2ohh3o+ r mgxch2ch2or ch2omgxch2+3. 增加多個碳原子的反應(yīng)增加多個碳原子的反應(yīng) r-c ch r-c cna r-c c-r/ 其中：其中：r/ 為為伯鹵代烴伯鹵代烴x 為為cl、br、inanh2r/x6 銅鋰試劑反應(yīng)銅鋰試劑反應(yīng) 傅傅-克反應(yīng)克反應(yīng) 武慈反

5、應(yīng)武慈反應(yīng)r-x + r-x r-r其中：其中：r/ 最好為最好為伯烷基伯烷基x 為為cl、br、inar-x r-li r2culi r-r/ licuir/x其中：其中：r/ 最好為最好為伯烷基；伯烷基； r 一般一般無限制無限制x 為為cl、br、i+ r-x r（或烯、醇）（或烯、醇）alcl3烷基化：烷基化：r 3 時時重排產(chǎn)物重排產(chǎn)物為為主主7 羥醛縮合羥醛縮合cho+oh-zn-hg 2 ch3(ch2)4cho ch3(ch2)4ch=c-cho(ch2)3ch3-oh自身縮合：自身縮合：交叉縮合：交叉縮合：ch3-c-c(ch3)3o=ch=ch-c-c(ch3)3o=?；?/p>

6、：酰基化：+ ch3ch2ch2-c-clc-ch2ch2ch3（或酸酐）（或酸酐）alcl3o=o=ch2ch2ch2ch3hcl8 格氏試劑與羰基化合物反應(yīng)格氏試劑與羰基化合物反應(yīng)crr/oh r/-c-h（r/）o= rmgx / 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+h（r/）r/-c-x o= rmgx / 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+r/-c-ro= rmgx / 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+crr/oh rr/-c-or/o= rmgx / 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+r/-c-ro= rmgx / 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+crr/oh r其中：其中：r、

7、r/、r/ 為為烷基烷基、芳基芳基x 為為cl、br9 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯的反應(yīng)乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯的反應(yīng)r-xc2h5onach3-c-ch2-c-oc2h5=o=och3-c-ch-c-oc2h5=o=or h+, 稀稀oh- 濃濃oh, - h+r-ch2c-oh=och3-c-ch2-r=o酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解ch2(cooc2h5)2c2h5onach(cooc2h5)2 na-+r-ch(cooc2h5)2 h+ ， oh / h2o-r-ch2coohr-x10 維荻希試劑與醛酮的反應(yīng)維荻希試劑與醛酮的反應(yīng)季季膦膦鹽鹽-rr/ch(ph)3pr/r/c=o +

8、r/r/c=c rr/r、 r/、r/、 r/可以為可以為 h、-r、-ar、-coor等等 碳鏈的減短碳鏈的減短 不飽和烴的氧化不飽和烴的氧化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-cooh11 不飽和烴與臭氧作用不飽和烴與臭氧作用 鹵仿反應(yīng)鹵仿反應(yīng)r-c=chr/ r-c=o + r/cho o3 zn / h2o r/r/x 為為cl、br、ir-chch3 chx3 + r-coonax2 +

9、naoh或或 naoxohr-c-ch3 chx3 + r-coonax2 + naoh或或 naoxo= 脫羧反應(yīng)脫羧反應(yīng)r-coona + naoh（cao） r-hr-c-nh2 r-nh2o=br2 + naoh或或 naobr + naoh 霍夫曼降解反應(yīng)霍夫曼降解反應(yīng)12 碳環(huán)的合成碳環(huán)的合成 雙烯合成（雙烯合成（d-a反應(yīng)）反應(yīng)） 二元羧酸脫羧二元羧酸脫羧+x-x其中：其中：x 為為吸電子基，吸電子基，反應(yīng)容易進行反應(yīng)容易進行ch2coohch2coohch2 n（ ）（ ）c=och2 ch2ch2 n其中：其中：n = 2，3 卡賓反應(yīng)卡賓反應(yīng)c = c + ch2n2 c

10、cch2hc = c + chcl3 c cccl cl(ch3)3cok13 荻克曼縮合反應(yīng)荻克曼縮合反應(yīng) 傅克?；磻?yīng)傅克酰基化反應(yīng)ch2c-oc2h5ch2c-oc2h5o=o=ch2 nc2h5ona-c2h5oh（ ）（ ）c=och2 chcooc2h5ch2 n h+ oh-（ ）c=och2 ch2ch2 n其中：其中：n = 2，3oo=o=+alcl3o=c=ochozn-hghclo=choo=ccl=o=oalcl3socl2多聚磷酸多聚磷酸14 官能團的引入官能團的引入1. 引入鹵素引入鹵素-ch3+ cl2-ch2cl-ch3cl-hfe-ch3-ch2brnbs

11、cl2 ch3ch2ch=ch2nbs500ch3chch=ch2ch3chch=ch2brcl15x2 r-ch=ch2hxr-chch2r-ch-ch3xxhbr過氧化物過氧化物xr-ch2-ch2br（符合馬氏規(guī)則）（符合馬氏規(guī)則）（違反馬氏規(guī)則）（違反馬氏規(guī)則） r-c chx2hxr-c=chr-c=ch2xxxr-cchr-cch3xxxx2hxxxx2. 雙鍵或三鍵的形成雙鍵或三鍵的形成 r-ch-ch-r/ r-ch=ch-r/ + hx r-ch-ch-r/ r-ch=ch-r/ + h2onaohh2so4乙醇乙醇xhoh h17016 r-ch-ch-r/ r-ch=c-

12、r/ r-c c-r/ naoh乙醇乙醇xxnanh2x r2c=o + r/ch=p(c6h5)3 r2c=chr/3. 引入羥基引入羥基 r-ch=ch2h2or-ch-ch3oh (bh3)2 h2o2 / oh-r-ch2ch2oh（符合馬氏規(guī)則）（符合馬氏規(guī)則）（反馬氏規(guī)則）（反馬氏規(guī)則）h2so4 r-c=o r-ch-ohh（r/）h（r/） h o h = liaih4 、nabh4 、 h2 / ni、pt、pd等等 r-coor/ r-ch2oh + r/oh h h = liaih4 、c2h5oh + na 、 h2 / ni、pt、pd等等17 r-ch2x rch2

13、oh h2o / oh-px3、px5、socl2 格氏試劑合成法格氏試劑合成法hcho r-ch2oh rmgx / 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+r rmgx / 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+r/-c-r/o= rmgx / 無水乙醚無水乙醚 h2o / h+r/-c-ohr r/r/-cho r/-ch-oh 二元醇的制備二元醇的制備c = c c c稀、冷稀、冷kmgo4或或oso4oh oh順式產(chǎn)物順式產(chǎn)物r-ch-ch2 r-ch-ch2 oh2o / h+反式產(chǎn)物反式產(chǎn)物ohoh184. 引入羰基引入羰基 hc ch + h2o ch3chohgso4h2so4r-c

14、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=ooh195. 醚鍵的形成醚鍵的形成 2 roh r-o-r + h2oh2so4合成對稱醚合成對稱醚 威廉姆遜合成法威廉姆遜合成法r-ona + r/-x r-o-r/ + nax 其中：其中：r = 伯、仲、叔烷基伯、仲、叔烷基r/ = 伯、仲（不能為叔）烷基伯、仲（不能為叔）烷基

15、 環(huán)醚的合成環(huán)醚的合成 硫酸二甲酯合成酚醚硫酸二甲酯合成酚醚+ (ch3)2so2-o-ch3-oh140r-ch=ch2 + o2 r-ch-ch2 ag200300or-ch=ch2 + hocl r-ch-ch2 r-ch-ch2 oca(oh)2oh cl206. 其它一些反應(yīng)其它一些反應(yīng) c=o -ch2- 克萊門森還原法克萊門森還原法:沃爾夫沃爾夫-黃鳴龍還原法黃鳴龍還原法: 炔烴選擇加氫合成烯烴炔烴選擇加氫合成烯烴r-c-r/ r-ch2-r/zn-hghclr-c-r/ r-ch2-r/h2n-nh2，naoh二縮乙二醇二縮乙二醇=o=or-c c-r/ na + nh3液液h

16、2 / baso4或或pd / c或或lindlar試劑試劑c = cc = crrr/r/hhhh順式加成順式加成反式加成反式加成h2so4 rch2ch2-oh r-ch=ch2 rch2ch3h2ni17021o=7. 芳環(huán)上引入芳環(huán)上引入-x、-no2、-nh2、-so3h、-r、-c-ro=-x-no2-r-c-r-nh2-so3hx2fex3 或或feh2so4 + hno3fe + hclh2so4 so3或濃或濃h2so4r-xalcl3r-c-xalcl3o=22 官能團的相互轉(zhuǎn)化官能團的相互轉(zhuǎn)化r-cocl r-conh2 r-coor/ (rco)2o r-coohnh3

17、r/ohnh3nh3h3o+h3o+h2oh2or/ohr/ohp2o5socl22. 羧酸及其衍生物的轉(zhuǎn)換羧酸及其衍生物的轉(zhuǎn)換1. 鹵素、羥基、氨（胺）、羰基、羧基的轉(zhuǎn)換鹵素、羥基、氨（胺）、羰基、羧基的轉(zhuǎn)換r-oh r-c- r-cooh r-mgx r-x r-nr2r-nh2r-nhrr-cooh r-cn r-ch2nh2 h o o nacnh3o+r-xr-nh2nh3px3h2o / oh-mg co2 h3o+o=23 在有機合成中，往往要考慮到某些官能團也會受到在有機合成中，往往要考慮到某些官能團也會受到反應(yīng)試劑或條件的影響而產(chǎn)生副反應(yīng)，甚至影響整個合反應(yīng)試劑或條件的影響而

18、產(chǎn)生副反應(yīng)，甚至影響整個合成過程。因此在合成時必須采取對某些受影響的基團暫成過程。因此在合成時必須采取對某些受影響的基團暫時轉(zhuǎn)換為另外的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而進行保護措施，待反應(yīng)時轉(zhuǎn)換為另外的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而進行保護措施，待反應(yīng)完畢再使基團復(fù)原。完畢再使基團復(fù)原。 在選擇保護基時要符合下列要求在選擇保護基時要符合下列要求: : 在溫和條件下易與被保護基團反應(yīng)。在溫和條件下易與被保護基團反應(yīng)。 保護基必須在保護階段的各種條件下是穩(wěn)定的。保護基必須在保護階段的各種條件下是穩(wěn)定的。 保護基易于在溫和條件下除去。保護基易于在溫和條件下除去。三、官能團的保護三、官能團的保護24r = 伯伯、仲仲、叔叔烴基烴基四氫

19、吡喃醚四氫吡喃醚：對：對堿堿、格氏試劑格氏試劑、烷基鋰烷基鋰、催化加氫催化加氫及及 一些一些氧化劑氧化劑穩(wěn)定穩(wěn)定。但對。但對酸酸不穩(wěn)定不穩(wěn)定。 轉(zhuǎn)變成醚轉(zhuǎn)變成醚醚醚：對：對格氏試劑格氏試劑、還原劑還原劑、氧化劑氧化劑、堿堿穩(wěn)定穩(wěn)定。1. 醇羥基的保護醇羥基的保護 四氫吡喃醚四氫吡喃醚roh +h+oor-o-四氫吡喃醚四氫吡喃醚h2o / h+ roh + ho(ch2)4choroh r-o-cph3 ph3cclch3cooh / h2o252. 酚羥基的保護酚羥基的保護苯甲醚苯甲醚：對：對堿堿、氧化劑氧化劑、還原劑還原劑等等穩(wěn)定穩(wěn)定，但對，但對酸酸不穩(wěn)定不穩(wěn)定。ohoch3ch3i 或或

20、 (ch3)2so4hi，3. 醛、酮、羰基的保護醛、酮、羰基的保護縮醛（酮）縮醛（酮）：對：對還原劑還原劑、氧化劑氧化劑、堿堿、格氏試劑格氏試劑穩(wěn)定穩(wěn)定， 但對但對酸酸不穩(wěn)定不穩(wěn)定。r-c-r/o=crr/oohoch2ch2oh / 干干hclh2o / h+ r-c-ho=crhoch3 och3ch3ohh2o / h+ 264. 羧基的保護羧基的保護r-cooh r-cooch3ch3oh / h+ h2o / h+或或oh-5. 氨基的保護氨基的保護nh2nh3 so4h+ -h2so4naoh 間位基間位基ch3cocl 或或 (ch3co)2onhcoch3nh2鄰對位基鄰對位

21、基h2o / h+或或oh-6. 雙鍵的保護雙鍵的保護鹵代烴鹵代烴：對：對堿堿、氧化劑氧化劑、還原劑還原劑穩(wěn)定穩(wěn)定r-ch=ch-r/ r-chch-r/xxx2zn27 當(dāng)我們?yōu)橐粋€目標化合物設(shè)計了幾條可能的合成當(dāng)我們?yōu)橐粋€目標化合物設(shè)計了幾條可能的合成路線時，可以根據(jù)幾條原則來評估各條路線的優(yōu)劣，路線時，可以根據(jù)幾條原則來評估各條路線的優(yōu)劣，從而選擇最佳路線。從而選擇最佳路線。有機合成路線的選擇原則有機合成路線的選擇原則:7. 芳環(huán)位置的保護芳環(huán)位置的保護h2o / h+h2so4so3h四、選擇合成路線的步驟和方法四、選擇合成路線的步驟和方法28選擇路選擇路 線原則線原則結(jié)構(gòu)上要求結(jié)構(gòu)上

22、要求碳架的形成碳架的形成官能團的引入官能團的引入經(jīng)濟上要求經(jīng)濟上要求 原料易得，便宜原料易得，便宜 產(chǎn)物易分離，收率高，副產(chǎn)物易分離，收率高，副 步驟要求簡單步驟要求簡單 反應(yīng)經(jīng)典，可發(fā)生，條件反應(yīng)經(jīng)典，可發(fā)生，條件溫和，對環(huán)境污染小溫和，對環(huán)境污染小反應(yīng)少反應(yīng)少反應(yīng)反應(yīng)步驟少步驟少，收率要高收率要高是選擇合成路線的重要因素。是選擇合成路線的重要因素。如化學(xué)反應(yīng)：如化學(xué)反應(yīng)：aababcabcdbcd假如反應(yīng)假如反應(yīng)每步產(chǎn)率每步產(chǎn)率90%，則，則3步后總產(chǎn)率步后總產(chǎn)率為為(0.9)3 100 = 73%假如反應(yīng)假如反應(yīng)每步產(chǎn)率每步產(chǎn)率70%，則，則3步后總產(chǎn)率步后總產(chǎn)率為為(0.7)3 100

23、 = 34%29平衡法：平衡法：a ab abcbcd de defefabcdef90%90%90%90%90%其中只有其中只有3步連續(xù)，步連續(xù)，總產(chǎn)率總產(chǎn)率為（為（0.9)3 100 = 73%a ab abc abcd abcde abcdefbcdef如用如用5步反應(yīng)，步反應(yīng)，每步產(chǎn)率每步產(chǎn)率90%，直線法：直線法：則則5步后總產(chǎn)率步后總產(chǎn)率為（為（0.9)5 100 = 59% 原料易得原料易得是指合成要用些是指合成要用些基本的原料基本的原料。常用。常用“三烯一炔三烯一炔”（乙乙、丙丙、丁烯丁烯及及乙炔乙炔），），“三苯一萘三苯一萘”（苯苯、甲苯甲苯、二甲二甲苯苯及及萘萘）及小于）及

24、小于c4原子的原子的醇類醇類和和甲醛甲醛、乙醛乙醛、草酸草酸、鹵苯鹵苯、環(huán)己烷環(huán)己烷、丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯等。等。30 實驗方法切實可行，包括實驗室方法或工業(yè)方法，實驗方法切實可行，包括實驗室方法或工業(yè)方法，因為并非所有的反應(yīng)都有合成意義。因為并非所有的反應(yīng)都有合成意義。另外，盡量使用經(jīng)另外，盡量使用經(jīng)典的反應(yīng)，若不平常的反應(yīng)過多，失敗的機會也會多，典的反應(yīng)，若不平常的反應(yīng)過多，失敗的機會也會多，且關(guān)鍵的反應(yīng)越早出現(xiàn)越好，即決定整個合成成敗的反且關(guān)鍵的反應(yīng)越早出現(xiàn)越好，即決定整個合成成敗的反應(yīng)應(yīng)盡早出現(xiàn)。如果關(guān)鍵反應(yīng)在整個合成路線的后面，應(yīng)應(yīng)盡早出現(xiàn)。如果關(guān)鍵反應(yīng)在整個合成路線的后面，一旦

25、失敗，就前功盡棄。一旦失敗，就前功盡棄。 首先分析產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)要求首先分析產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)要求,包括包括碳架碳架、官能團官能團及其及其 位置立體化學(xué)位置立體化學(xué)要求等。要求等。 利用倒推（利用倒推（逆向合成逆向合成）法思考。）法思考。 從產(chǎn)物的從產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)回憶所有可能的回憶所有可能的合成方法合成方法，確定初步，確定初步 合成的方案。合成的方案。2. 解合成題的基本方法解合成題的基本方法31 有機合成有機合成設(shè)計就是在合成一個化合物之前，研究、設(shè)設(shè)計就是在合成一個化合物之前，研究、設(shè)計計最佳的合成路線最佳的合成路線，它是有機合成成敗的關(guān)鍵，目前有機，它是有機合成成敗的關(guān)鍵，目前有機合成路線設(shè)計多采用合成路線設(shè)計多采用逆向合成法逆向合成法。 其特點是其特點是先剖析目標分子的結(jié)構(gòu)先剖析目標分子的結(jié)構(gòu)，從目標分子開始，從目標分子開始，逆推至中間物，逐步逆推至中間物，逐步倒推到原料倒推到原料，并要考慮如何從簡便的，并要考慮如何從簡便的原料開始（經(jīng)過哪些反應(yīng)）合成出目標分子。原料開始（經(jīng)過哪些反應(yīng)）合成出目標分子