第二章有機合成的基礎(chǔ)知識和基本反應(yīng)

第二章有機合成的基礎(chǔ)知識和基本反應(yīng)第一部分有機合成的基礎(chǔ)知識11.1有機合成的要點1、以周期表為依據(jù)（合適的新試劑）*古老基本元素：C、H、O、N和鹵素*以非金屬為中心的有機化合物：硼、硅、硫、磷、砷*氟有機化學(xué)*有機金屬化合物現(xiàn)代有機合成化學(xué)已經(jīng)擴充到周期表中所有元素22、以羰基化合物為中心（醛酮及其衍生物為合成的重要樞紐）3、鍵結(jié)的方式和鍵的極性（如何切斷找到合成子）醛酮縮合反應(yīng)醛被氧化成羧酸的衍生物還原成醇含氮化合物碳-碳碳-官能團碳骨架的建立碳與官能團的結(jié)合34、對等性、合成子（后續(xù)章節(jié)介紹）-分子的拆開5、氧化態(tài)（氧化還原反應(yīng)）原子的相對氧化態(tài)隨所連接原子或基團的不同而不同C=-4：CH4C=-3：CH3-CH3C=-2：CH2=CH2；CH3OHC=-1：CH=CHC=0：CH2=O；CH2Cl2C=+1：COC=+2：HCO2H4有機分子是由碳骨架和官能團兩部分組成的。根據(jù)分子骨架和官能團的變與不變，可分為四種類型。(1)碳骨架和官能團的類型都無變化KOH醇溶液170℃非共軛烯共軛烯稀NaOH溶液回流非共軛丁烯酸共軛丁烯酸反應(yīng)的結(jié)果，官能團的位置發(fā)生了變化，而骨架的大小和官能團的類型都無變化。6、反應(yīng)的種類5(2)骨架不變，僅官能團變(3)骨架變而官能團不變重氮甲烷與羰基反應(yīng)，得到環(huán)擴大的產(chǎn)物。（羰基加成）△（親核重排）主要產(chǎn)物60%過量環(huán)辛酮+少量不穩(wěn)定6(4)骨架與官能團均變在復(fù)雜分子的合成中，常常在變化碳骨架的同時，把官能團也變化成所需要者。當(dāng)然，骨架的變化不一定都是大小的變化。有時僅僅是結(jié)構(gòu)形狀的變化就可以達到目的。+Wagner-meerwein重排

71.2有機合成的主要手段1官能團的引入;2官能團的轉(zhuǎn)換；3碳架的建造；（1）碳鏈的增長；（2）碳鏈的縮短；（3）碳架的重組；（4）環(huán)的閉合和打開。氧化反應(yīng)還原反應(yīng)加成反應(yīng)取代反應(yīng)消除反應(yīng)8（1）碳鏈增長的方法*1金屬有機化合物與鹵代烷的偶聯(lián)反應(yīng)；*2金屬有機化合物與羰基、氰基的加成反應(yīng)；*3金屬有機化合物與環(huán)氧化合物的開環(huán)反應(yīng)；*4各類縮合反應(yīng)；*5炔烴，芳環(huán)，酮，酯，-二羰基化合物和-羰基腈的烷基化和酰基化反應(yīng)；*6酮的雙分子還原；*7酯的雙分子還原；*8環(huán)加成反應(yīng)；*9烯烴的羰基化反應(yīng)。9*4各類縮合反應(yīng)重要的縮合反應(yīng)包括：羥醛縮合；Claisen酯縮合反應(yīng)；環(huán)化酯縮合反應(yīng)（DieckmannW縮合）；Mannich反應(yīng)；Darzens反應(yīng)；Reformatsky反應(yīng)；Benzoin縮合反應(yīng)（安息香縮合反應(yīng)）；Perkin反應(yīng)；Knoevenagel反應(yīng)；Wittig反應(yīng)；Michael加成反應(yīng)；Robinson增環(huán)反應(yīng)10（2）碳鏈縮短的方法

*1一元羧酸的脫羧反應(yīng)；*2二元羧酸的脫羧脫水反應(yīng)；*3烯，炔，酮，芳烴側(cè)鏈，-二醇和-羥基醛或酮的氧化斷裂反應(yīng)；*4甲基酮的鹵仿反應(yīng)；*5酰胺的Hofmann降解反應(yīng)；*6Curtius重排反應(yīng)；*7Schmidt重排反應(yīng)；*8環(huán)加成的逆反應(yīng)；*9-二羰基化合物的酮式分解和酸式分解；*10酯縮合的逆反應(yīng)；*11酯的熱裂；*12黃原酸酯的熱裂；*13四級銨鹽的熱裂(Hofmann消除)；*14氧化胺的Cope消除反應(yīng)。11（3）碳架的重組碳架重組的反應(yīng)是各種重排反應(yīng)，包括：*1Wegner-Meerwein重排；*2片吶醇(Pinacol)重排；*3異丙苯氧化重排；*4Bechmann重排（貝克曼重排）；*5Favosky重排；*6Baeyer-Villiger氧化重排；*7Hofmann重排;*8聯(lián)苯胺重排;*9Benzil-Benzilicacid重排（二苯乙二酮-二苯乙醇酸重排）;*10Claisen重排;*11Fries重排;*12Cope重排。12歷程：若結(jié)構(gòu)不對稱，第一步親核加成氫氧根離子進攻電正性較高的羰基碳

Benzil-Benzilicacid重排-制備二芳基乙醇酸原料二苯乙二酮如何得到？13安息香的輔酶合成：

二苯乙二酮

二苯乙二酮又名為聯(lián)苯酰、聯(lián)苯甲酰，是合成藥物苯妥英鈉的中間體，我國300噸/年左右。二苯乙二酮具有α-二酮的性質(zhì)。能吸收紫外光。用做紫外線固化樹脂的光感劑、印刷油墨組分、有機合成試劑，用以制取殺蟲劑等。14Claisen（克萊森）重排定義：烯丙基芳基醚在高溫（200℃）重排為鄰烯丙基酚或?qū)ο┍樱Q為Claisen重排反應(yīng)式為：αβγ200℃200℃γβααβγ反應(yīng)機理：15[3，3]σ遷移βαα1γ2ββγ3αβγ1231α2β3γαγαβγαβγ互變異構(gòu)123[3，3]σ遷移12345H[1，5]σ遷移αβγ16Fries(弗里斯)重排-合成酚酮酚酯與路易斯酸一起加熱，可發(fā)生?；嘏派舌徚u基和對羥基芳酮的衍生物。該重排反應(yīng)稱為弗里斯重排。（酚的芳環(huán)上帶有間位定位基的酯不能發(fā)生此重排）能夠反應(yīng)式：17弗里斯重排的反應(yīng)機制18（4）環(huán)的閉合和打開環(huán)的閉合：三元環(huán)：1）丙二酸酯與1,2-二鹵代烷的烷基化反應(yīng)；2）烯烴和卡賓的反應(yīng)；四元環(huán)：1）丙二酸酯與1,3-二鹵代烷的烷基化反應(yīng)；2）烯烴光二聚的反應(yīng)；五元環(huán)：1）狄克曼關(guān)環(huán)反應(yīng)；2）1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng)；3）丙二酸酯與1,4-二鹵代烷的烷基化反應(yīng)；六元環(huán)：1）Diels-Alder反應(yīng)；2）苯環(huán)的還原反應(yīng)；3）酯的烷基化反應(yīng)；更大的環(huán)系：1）分子內(nèi)羥醛縮合反應(yīng)；2）酮醇縮合反應(yīng)。191.3有機合成路線設(shè)計的基本方法*逆合成法*

分子簡化法*

官能團置換或消去法*

分子拆解法20“逆合成法”是有機合成路線設(shè)計最簡單、最基本的方法。一、何謂“逆合成法”？與合成路線方向相反的方法，或叫做倒推的合成法，也叫反向合成。1.3.1逆合成法從產(chǎn)物開始，由后倒推，逐步回復(fù)，直至推出適當(dāng)?shù)脑稀?1SM前進，復(fù)雜化TM起始物：SM（startingmaterials)目標(biāo)分子：TM（targetmolecule）逆合成法要求：（1）每步都有合理、合適的反應(yīng)機理和合成方法；（2）合成最大程度簡化；（3）有價廉易得的原料。TM后退，簡單化SM22二、逆合成法的應(yīng)用逆合成法是采用“結(jié)構(gòu)分析”的“邏輯推理法”，能夠在回推的過程中，將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的“目標(biāo)分子”，逐步化簡?；蛘哒f，推導(dǎo)設(shè)計的過程，也就是“化繁為簡”的過程。例1：試用逆合成法設(shè)計乙酰乙酸乙酯的合成路線。Claisen縮合酯化反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)或農(nóng)副產(chǎn)品23合成：將推導(dǎo)的過程反串起來，加上充分條件。②①(Ag)200℃回流△綜上所述，“逆合成法”就是“以退為進，化繁為簡”的合成路線法。注意：設(shè)計的合成路線需實踐的檢驗才能確定它在生產(chǎn)的使用價值。24例2合成25合成：26三、設(shè)計合成路線的具體步驟運用“逆合成法”設(shè)計合成路線，概括起來可分為兩大步：第一步，分析（Analysis)。具體包括兩點：1.原理上的推導(dǎo)從目標(biāo)分子出發(fā)，分析其結(jié)構(gòu)，逐步化繁為簡、反推路線，去追溯最終所需要的原料——符合易得、價廉的條件。2.確定實用的路線將上法推導(dǎo)出的各種可能的路線進行比較和試用，確定較好的合成路線。272、適當(dāng)?shù)目刂品磻?yīng)⑴引入導(dǎo)向基—其中包括：①對官能團的活化；②運用定位效應(yīng)等等。⑵引入保護基—避免分子中其它部位不必要的反應(yīng)或被破壞第二步，合成(Synthesis)。要注意兩方面的工作：1.確定反應(yīng)的具體條件完成各步反應(yīng)進行的具體條件，如，酸堿環(huán)境、何種溶劑、溫度、壓力、光照或加催化劑、反應(yīng)時間等等。選擇的反應(yīng)盡量避免高溫、高壓、超低溫、有毒或昂貴的試劑和溶劑等等。28不飽和酯

a脫水β-羥基酸水解β-羥基酯ZnReformatsky反應(yīng)α-羥基酸△脫水b29兩條路線比較，顯然b優(yōu)越于a。合成+HCN△小結(jié)：首先，從目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)入手，只要回推的合理，就可以設(shè)計出切實可行的合成路線，而且往往不止一條；其次，掌握“逆合成法”，培養(yǎng)回推能力，其重點要防在反應(yīng)前后分子結(jié)構(gòu)的變化上。30四、書寫合成路線的方法書寫合成路線時，一般遵守下列七條原則：①每步反應(yīng)可用示意式表示（不必寫完整的方程式）。箭號“→”表示反應(yīng)。原料寫在尾部，主要產(chǎn)物寫在箭號頭端。副產(chǎn)物可以不寫。②試劑、催化劑和其它反應(yīng)條件，寫在箭號的上面。箭號的上面寫不完時，也可以寫在箭號的下面。③不標(biāo)明溫度和壓力時，表明反應(yīng)在常溫常壓下進行。31④使用任何無機試劑，不必寫其制法。如NaOH、HCl等。⑤常用的簡單有機化合物，如甲醛、丙酮、醋酸等，若沒有表明要制備時，都不必寫其制法。⑥為節(jié)省時間和篇幅，兩步以上的簡單反應(yīng)可合在一個箭號上寫出，但必須標(biāo)明各步進行的先后次序①②③等。32例用格式試劑制備仲醇常規(guī)寫法：鎂粉，乙醚簡化寫法：①干醚/鎂粉②R’CHO③H3O+33注意!!不能寫成：（7）若反應(yīng)得到幾種異構(gòu)體，要寫明分離異構(gòu)體的步驟（最好不選用此反應(yīng)）。R’CHO，干醚/鎂粉，341.3.2分子簡化法將復(fù)雜化合物分子中與反應(yīng)無密切關(guān)聯(lián)的部分去除，簡化后找出分子中關(guān)鍵的部位。351.3.3官能團的置換或消去法例1若目標(biāo)物是個復(fù)雜的分子，含有多種官能團（FG），在進行某一合成反應(yīng)時，他們之間會相互干擾。這時，須將某個官能團置換或消去，等這步反應(yīng)完后再設(shè)法恢復(fù)。36例2CH2Ph3P=CH2ORobinsonO+OO+OOOCH3OHOO371.3.4分子拆解法-逆合成時主要思路之一例拆解策略：（1）會集法：大塊拆解；（2）鄰官能團處拆解（α－碳處）；（3）共有碳原子處；（4）盡量避免大環(huán)合成。381.4有機反應(yīng)的選擇性（1）化學(xué)選擇性：某種試劑對一個有多種官能團的分子起反應(yīng)時，只對其中一個官能團作用，這種特定的選擇性就是化學(xué)選擇性。39（2）區(qū)域選擇性：試劑對于一個反應(yīng)體系的不同部位的進攻，也可以是對兩個處于不同位置的兩個完全相同官能團的選擇性進攻。例如：

4041（3）立體選擇性-

不對稱合成

包括