有機(jī)合成課件——Chapter3分子的拆開(kāi)

1、Sichuan UniversityChaper 3 分子的拆開(kāi)分子的拆開(kāi)2本章教學(xué)計(jì)劃本章教學(xué)計(jì)劃3.1 優(yōu)先考慮骨架的形成優(yōu)先考慮骨架的形成3.2 分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)3.3 醇的拆開(kāi)醇的拆開(kāi)3.4 羥基羰基化合物和羥基羰基化合物和 ,不飽和羰基化合物的拆開(kāi)不飽和羰基化合物的拆開(kāi)3.5 1,3二羰基化合物的拆開(kāi)二羰基化合物的拆開(kāi)3.6 1,5二羰基化合物的拆開(kāi)二羰基化合物的拆開(kāi)3.7 羥基羰基化合物的拆開(kāi)羥基羰基化合物的拆開(kāi)3.8 1,4和和1,6二羰基化合物的拆開(kāi)二羰基化合物的拆開(kāi)3.9 內(nèi)酯的合成內(nèi)酯的合成 例如：例如：碎片中需要有鹵素基存在。碎片中需要有鹵素基存在

2、。又如：又如： 碎片中都需要有羰基和碎片中都需要有羰基和-氫原子存在。氫原子存在。因此，在考慮骨架形成必須同時(shí)考慮官能團(tuán)的變化。因此，在考慮骨架形成必須同時(shí)考慮官能團(tuán)的變化。3.1 優(yōu)先考慮骨架的形成優(yōu)先考慮骨架的形成骨架是梁，官能團(tuán)是料骨架是梁，官能團(tuán)是料考慮骨架形成時(shí)必須考慮官能團(tuán)的變化考慮骨架形成時(shí)必須考慮官能團(tuán)的變化R XR X+R RNaRCH2CHORCH2CHO+OH-RCH2CH(OH)CHRCHO所謂正確運(yùn)用拆開(kāi)法是指能夠正確選擇要切斷的價(jià)鍵，這決不能 “亂點(diǎn)鴛鴦譜”，任意拆開(kāi)，這是因?yàn)榛赝茣r(shí)的“拆”，是為了合成時(shí)的 “連”， “拆拆”是手是手段，段，“合合” 是目的，是目的

3、，因此在下手 “拆” 之前必須 “胸有成竹”，就是有能使碎片連得上的本領(lǐng)，才可以下在此拆開(kāi)的決心，為此要學(xué) “拆” ，必須先學(xué) “合”，能 “合” 才能 “拆”，這正是 “解鈴還須系鈴人” 。 3.2 分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn) 一個(gè)合成反應(yīng)應(yīng)該如何才能用于分子的拆開(kāi)呢？最最重要的是抓住反應(yīng)的基本特征，即反應(yīng)前后分子結(jié)構(gòu)的重要的是抓住反應(yīng)的基本特征，即反應(yīng)前后分子結(jié)構(gòu)的變化，掌握了這點(diǎn)，就可以用于拆開(kāi)。變化，掌握了這點(diǎn)，就可以用于拆開(kāi)。例如: 要充分理解 Diels-Alder反應(yīng)的作用原理與規(guī)則，才能將下述目標(biāo)物拆開(kāi)。 3.2 分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)1. 在不

4、同部位將分子拆開(kāi)，最大可能的簡(jiǎn)化：分子拆開(kāi)部位的選擇是否合適，對(duì)合成的成敗有著決定性的影響。 因此，必須嘗試在不同部位將分子拆開(kāi)，以便能從中選出最合理的合成路線。 OHabaO+ CH3MgBrOHMgBr+CH3CHObMgBr+Ob優(yōu)于a 3.2 3.2 分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)2. 2. 考慮問(wèn)題要全面，要具有合理的反應(yīng)機(jī)理：考慮問(wèn)題要全面，要具有合理的反應(yīng)機(jī)理： 在判斷分子的拆開(kāi)部位時(shí)，考慮問(wèn)題要全面。例如，要考慮如何減少，甚至避免可能發(fā)生的副反應(yīng)。目標(biāo)分子的切斷部位就是合成時(shí)要連接的部位，也就是說(shuō)：拆分了今后要用較好的反應(yīng)將其連接起來(lái)。b b優(yōu)于優(yōu)于a a 3.2 分

5、子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn) 3. 3. 要在回推的適當(dāng)階段將分子拆開(kāi)要在回推的適當(dāng)階段將分子拆開(kāi) 為什么要提出在適當(dāng)階段呢？這是因?yàn)橛械哪繕?biāo)分子并這是因?yàn)橛械哪繕?biāo)分子并不是直接由碎片構(gòu)成，碎片構(gòu)成的只是它的前身，而這個(gè)前不是直接由碎片構(gòu)成，碎片構(gòu)成的只是它的前身，而這個(gè)前身在形成后，又經(jīng)歷了包括分子骨架的各種變化才能成為目身在形成后，又經(jīng)歷了包括分子骨架的各種變化才能成為目標(biāo)分子標(biāo)分子。 4. 4. 加入基團(tuán)幫助拆開(kāi)加入基團(tuán)幫助拆開(kāi)5. 5. 碳雜原子鍵先拆碳雜原子鍵先拆 3.2 3.2 分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)分子的拆開(kāi)法和注意點(diǎn)3.3 醇的拆開(kāi)醇的拆開(kāi)醇的醇的羥基羥基是合成中是合成

6、中關(guān)鍵官能團(tuán)關(guān)鍵官能團(tuán)醇是醇是連接連接烴類化合物烴類化合物如烯烴、炔烴、鹵代烴等與醛、酮、羧如烯烴、炔烴、鹵代烴等與醛、酮、羧酸以及衍生物等酸以及衍生物等羰基化合物羰基化合物的的橋梁橋梁v羥基羰基化合物可用羥基羰基化合物可用羥醛縮合反應(yīng)羥醛縮合反應(yīng)來(lái)制備：來(lái)制備：氫原子的醛、酮，在氫原子的醛、酮，在稀酸或稀堿稀酸或稀堿的催化下，的催化下，縮合成縮合成羥基醛、酮。羥基醛、酮。稀酸稀酸催化機(jī)理：催化機(jī)理：3.4 -羥基羰基化合物的拆開(kāi)羥基羰基化合物的拆開(kāi)Examples3.43.4 - -羥基羰基化合物的拆開(kāi)羥基羰基化合物的拆開(kāi)H3CCHOH3CCHO+HCOHCH2CHOH3CHOH OHOHO

7、+OHCHOCHO+CH2Ov羥基醛、酮脫水得到羥基醛、酮脫水得到，不飽和醛、酮的不飽和醛、酮的切斷。切斷。, 不飽和羰基化合物的拆開(kāi)不飽和羰基化合物的拆開(kāi)R2R4R1OR3R1R2O+R4H2CR3O通過(guò)分子內(nèi)的羥醛縮合的方法通過(guò)分子內(nèi)的羥醛縮合的方法v 環(huán)狀環(huán)狀，不飽和酮不飽和酮v 五員、六員環(huán)酮更容易形成五員、六員環(huán)酮更容易形成v 溫和條件下（通常是堿），羥醛縮合產(chǎn)生醇，在較激烈的反應(yīng)溫和條件下（通常是堿），羥醛縮合產(chǎn)生醇，在較激烈的反應(yīng)條件下（酸或堿）則產(chǎn)生烯酮條件下（酸或堿）則產(chǎn)生烯酮, 不飽和羰基化合物的拆開(kāi)不飽和羰基化合物的拆開(kāi)克萊森史密特（克萊森史密特（Claisen-Schm

8、idt）反）反應(yīng)應(yīng)?,-不飽和羰基化合物的拆開(kāi)不飽和羰基化合物的拆開(kāi)具有相當(dāng)丙二酸反應(yīng)性的亞甲基化合物的反應(yīng)具有相當(dāng)丙二酸反應(yīng)性的亞甲基化合物的反應(yīng)Why can the strong bases not be used?, 不飽和羰基化合物的拆開(kāi)不飽和羰基化合物的拆開(kāi)其它使其它使氫活化的方法氫活化的方法（含其它強(qiáng)吸電子基團(tuán)）（含其它強(qiáng)吸電子基團(tuán)）, 不飽和羰基化合物的拆開(kāi)不飽和羰基化合物的拆開(kāi)3.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷v相同酯間的縮合相同酯間的縮合v酯的分子內(nèi)的縮合酯的分子內(nèi)的縮合v不同酯間的縮合不同酯間的縮合v酮與酯縮合酮與酯縮合v酯與酯與RCN的縮合的縮合1. 相

9、同酯間的縮合相同酯間的縮合CH2CCOC2H5OH3COCH3COOC2H5CH2COOC2H5+2. 酯的分子內(nèi)的縮合（酯的分子內(nèi)的縮合（Dieckmann Condensation）3.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷. 不同酯間的縮合不同酯間的縮合v兩個(gè)不同的酯都有兩個(gè)不同的酯都有氫，自縮合和交差縮合導(dǎo)氫，自縮合和交差縮合導(dǎo)致種產(chǎn)物，在合成上意義不大致種產(chǎn)物，在合成上意義不大v一個(gè)酯有一個(gè)酯有-氫，另一個(gè)沒(méi)有氫，另一個(gè)沒(méi)有-氫氫CO2CH2CH3CO2CH2CH3PhCO2CH2CH3Ph+COCH2CH3OPhBr +CO2CH2CH3CO2CH2CH3(Now it i

10、s OK) Catalysis!3.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷v草酰乙酯受熱，放除草酰乙酯受熱，放除CO (脫去羧基脫去羧基)的特性在的特性在合成上有用合成上有用.v可以制備不能由丙二酸酯烴化得到的一系列丙二可以制備不能由丙二酸酯烴化得到的一系列丙二酸類化合物酸類化合物.3.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷Example ACOCOOCH2CH3OCH2CH3+CH3COCH2CH3OaCO2C2H5COCH2CO2CH2CH3bCH3COCH2CO2CH2CH3(Major)Selectivity?3.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷Examp

11、le BC6H5CH2CO2C2H5COOC2H5COOC2H5C6H5CHCOOC2H5COCO2C2H5+C6H5CHCOOC2H5COOC2H5+CO175oCNaOC2H53.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷Example C3.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷. 酮與酯縮合酮與酯縮合v 許多酮可用酯酰化為許多酮可用酯?；癁槎蚨蛲┩﹙ CH3COCH2R型的酮中，型的酮中， 甲基甲基可被甲酸酯以外的所可被甲酸酯以外的所有酯優(yōu)先酰化，甲酸酯則主要?；絮?yōu)先?；?，甲酸酯則主要?；瘉喖谆?。亞甲基。OHHOOHOAOHCOCHOOO+CHOOCH2CH

12、3v白屈菜酸的合成白屈菜酸的合成Synthetic RouteC2H5O2COC2H5C2H5OCO2C2H5OOOC2H5ONaC2H5O2CCO2C2H5OOOH2O, HClOHO2CCO2HO(76%79%)v某些可能的負(fù)離子片段的相對(duì)穩(wěn)定性可以用來(lái)指導(dǎo)進(jìn)某些可能的負(fù)離子片段的相對(duì)穩(wěn)定性可以用來(lái)指導(dǎo)進(jìn)行切斷行切斷3.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷CH3H2CCCH3O+HCO2C2H5C2H5ONaCH3CCCH3OCHONaCH3CCH3OCHOCH3CCCH3OCHOH(不穩(wěn)定)(穩(wěn)定)v 各種各樣的各種各樣的甲基酮甲基酮可以用可以用甲酸甲酸酯和醇鈉加以酯和醇鈉加以

13、?；；?，產(chǎn)物理，產(chǎn)物理應(yīng)為應(yīng)為酮醛酮醛，但它們與，但它們與羥亞甲基酮羥亞甲基酮成為成為互變異構(gòu)體互變異構(gòu)體，并幾乎完全以后一種形式存在。并幾乎完全以后一種形式存在。Example: 3-甲基色酮的合成甲基色酮的合成OCH3CH3OHOHCH3OOHHOCH3OOH+HCO2C2H5OO. 酯與的縮合：生成酯與的縮合：生成KetonitrileCOOC2H5O傳統(tǒng)方法，傳統(tǒng)方法，-苯基乙酸乙酯不能由乙酰苯基乙酸乙酯不能由乙酰乙酸乙酯苯化得到乙酸乙酯苯化得到,現(xiàn)代呢？現(xiàn)代呢？Example 13.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷3.5 1,3二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷Ex

14、ample CNOH2SO4+H2OCO2HO加熱OExample C2H5OC2H5OO+ CH3(CH2)6CNC2H5ONaCH3(CH2)5CHCO2C2H5CNExample OC2H5OOCNOCO2C2H5+CNA3.6 1,5二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷v邁克爾加成（邁克爾加成（Michael Addition）v曼尼希反應(yīng)（曼尼希反應(yīng)（Manich Reaction）. 邁克爾加成（邁克爾加成（Michael Addition）CCCO+CH共軛加成CCCOHCCCH COCv含有活性氫的化合物在含有活性氫的化合物在,-不飽和羰基化合物上進(jìn)不飽和羰基化合物上進(jìn)行共軛加

15、成行共軛加成3.6 1,5二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷PhPhOPhPhOCHOC2H5OOHv催化劑催化劑: 堿堿 (胺、醇鈉、氫氧化鈉等）胺、醇鈉、氫氧化鈉等）v提供活性氫的化合物：提供活性氫的化合物：丙二酸酯、氰乙酸酯、乙酰丙二酸酯、氰乙酸酯、乙酰乙酸乙酯、二元羧酸酯、酮、硝基、腈、砜乙酸乙酯、二元羧酸酯、酮、硝基、腈、砜v,-不飽和羰基化合物：不飽和羰基化合物： ,-不飽和醛、酮酯不飽和醛、酮酯以及以及,-不飽和腈、硝基、砜不飽和腈、硝基、砜3.6 1,5二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷Michael Addition MechanismPhPhOHOC2H5PhPhOOH

16、PhPhOOC2H5O HPhPhOCHORROOabRROORROO+abCOC2H5OOOCO2C2H5O+O，二羰基化合物，二羰基化合物: 兩個(gè)中間鍵之一進(jìn)行切斷兩個(gè)中間鍵之一進(jìn)行切斷有時(shí)切斷中只有一種是可能的有時(shí)切斷中只有一種是可能的C2H5O2CCNPhOCNC2H5O2C+PhOPhCHO +OCNC2H5O2CPhO+CNC2H5O2C+ababPhCHOWhich one is better?有時(shí)我們必須在兩種機(jī)理中選擇合理的切斷有時(shí)我們必須在兩種機(jī)理中選擇合理的切斷逆合成分析：逆合成分析：3.6 1,5二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷哪一種占主體？哪一種占主體？合成路線：

17、合成路線：3.6 1,5二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷逆合成分析：逆合成分析：OOOCO2C2H5O+OO+CH2OOOOOCO2C2H5+3.6 1,5二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷v含有活性氫的化合物與甲醛和脂肪族仲胺或伯胺縮含有活性氫的化合物與甲醛和脂肪族仲胺或伯胺縮合，導(dǎo)致其活潑氫原子被取代或未被取代的氨甲基合，導(dǎo)致其活潑氫原子被取代或未被取代的氨甲基的置換反應(yīng)。的置換反應(yīng)。Example 1. 曼尼希反應(yīng)（曼尼希反應(yīng)（Manich Reaction）3.6 1,5二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷Example 2C6H5COCH3+(CH3)2NH微量HCl乙醇，回流

18、2hC6H5COCH2CH2N(CH3)2+(68%72%) CH2OExample 33.6 1,5二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷v羥基酸的切斷羥基酸的切斷v羥基酮的切斷羥基酮的切斷v，二醇的切斷，二醇的切斷. 羥基酸的切斷羥基酸的切斷基本方法：基本方法： 羥基酸最好以一個(gè)醛和羥基酸最好以一個(gè)醛和來(lái)制取。來(lái)制取。RHO+ CN-CHCNOHRNaOHH3+ORCO2HOH3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷逆合成分析：逆合成分析：3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷合成路線：合成路線：CO2C2H5CO2C2H5(

19、1)CH3CH2O-Na(2)Br(3) H3O+,加熱CO2C2H5CH3CH2O-NaHCO2C2H5CO2C2H5CHO(1)CN-(2)水解COOHOHCOOH3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷逆合成分析：逆合成分析：PhOHOHOHPhC2H5O2COHOHCN - +OHCOHCHO+ CH2O3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷合成路線：合成路線：CHOCH2OK2CO3OHCOH(1)CN-(2)OH-/H2OHO2COHOH(1) CH3CH2OH/H+(2) 5PhMgBrPhOHOHOHPh3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷應(yīng)用于氨

20、基酸的合成：應(yīng)用于氨基酸的合成：RCHORCN-NHNH3RCNNH2RCOOHNH23.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷安息香縮合反應(yīng)：安息香縮合反應(yīng)：苯偶姻（苯偶姻（Benzoin）的合成）的合成CPhOHHCNBCPhOHCN-CPhOHCN-COPhPhPhOOHCNHPhPhOHO+ CN-3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷應(yīng)用例子：應(yīng)用例子：堿PhOO+PhOPhPhCrO3OHPhPhPhCH2MgBr+HCO2CH2CH3CrO3PhOHOPhOPhPhPhPh3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷. 羥基酮的切斷羥基酮的切斷OH C CNa

21、CCHR C CH+ H2OH2SO4Hg2+R C CH2OHR C CH3OOHTargetOHOOHCHO+HC CHExample 1Example 2OOOOHOHC COHOHO+ HC CHO+3. 3. ，二醇的切斷，二醇的切斷OH OHFGRWittig 反應(yīng)v,二醇最好的方法是將烯烴用如二醇最好的方法是將烯烴用如OsO4, KMnO4等進(jìn)行羥基化反應(yīng)。等進(jìn)行羥基化反應(yīng)。v烯烴可以用反應(yīng)制得。烯烴可以用反應(yīng)制得。3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷Example 1PhOHOHFGRPhOPh3PPh3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷Example

22、2OOHHHHCO2CH3FGIHOHOHHCO2CH3FGRHHCO2CH3+CO2CH33.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷對(duì)稱二醇可由游離基反應(yīng)制取對(duì)稱二醇可由游離基反應(yīng)制取3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷()nCO2C2H5CO2C2H5Na二二甲甲苯苯CCHOHOOOH酮酮醇醇縮縮合合CO2C2H5CO2C2H5D-A+CO2C2H5CO2C2H5+()n酮醇縮合：二酯的分子內(nèi)反應(yīng)生成，二氧化的碳架。酮醇縮合：二酯的分子內(nèi)反應(yīng)生成，二氧化的碳架。3.7 羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷Example 1:3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物

23、的切斷OOC2H5O2COCO2C2H5+BrOOExample 2:OC2H5OOO+BrCO2C2H5O+BrCO2C2H5OCO2C2H5CH3O-?3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷機(jī)理：機(jī)理：CH3O-HOC2H5BrOO+OC2H5OBrOC2H5-OBrOOCO2C2H5StrongWeak3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷ONR2R2NHH+OR2NHONR2H+H2ONR2NR2H-H+NR2H+解決辦法：解決辦法：采用某些方法使得酮在起始的縮合反應(yīng)中扮演親核采用某些方法使得酮在起始的縮合反應(yīng)中扮演親核試劑的角色。一個(gè)有效辦法就是將其變成烯胺試

24、劑的角色。一個(gè)有效辦法就是將其變成烯胺3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷NR2ONR2R2NHH+ClCO2C2H5CO2C2H5H2OOCO2C2H5烯胺進(jìn)攻活潑的烯胺進(jìn)攻活潑的羰基鹵代物，而不是羰基本身。羰基鹵代物，而不是羰基本身。3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷羥基羰基化合物的切斷Example 1:逆合成：逆合成：3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷合成路線：合成路線：3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷逆合成：逆合成：Example :3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷合成路線：合成路線：3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷逆合成：逆合成：Example :3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷合成路線：合成路線：3.8 1,4二羰基化合物的切斷二羰基化合物的切斷，二羰基化合物的切斷，二羰基化合物的切斷v利用環(huán)己烯斷鍵成二酮利用環(huán)己烯斷鍵成二酮vBirch還原還原OORRRR利用環(huán)己烯斷鍵成二酮利用環(huán)己烯斷鍵成二酮Example 1:逆合成分析：逆合成分析：合成路線：合成路線：Example 2:逆合成分析：逆合成分析：合成路線：合成路線：CO2HLi, NH3CO2HCH2CH2OH(1)Li/NH3(l)(2)