大学有机化学有机合成全面总结.ppt

有 机 合 成 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。 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 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 RCOOH H2O / H+ 其中：R-X为脂肪族伯卤代烃 HCHOHCl+ CH2Cl AlCl3 或ZnCl2 Y Y 其中：Y为供电子基 COHCl+ CHO AlCl3 C R H OHCNC R H OH CN -氰醇 8 应用范围：醛、甲基脂肪酮、C 以下环酮 C COOH OH R H -羟基酸 2 H O H+ 2. 增加二个碳原子的反应 RCH2CH2OH H3O+ R MgXCH2CH2 O R CH2 OMgX CH2 + 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、I NaNH2R/X 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、I Na R-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 羟醛缩合 CHO + OH- Zn-Hg 2 CH3(CH2)4CHO CH3(CH2)4CH=C-CHO (CH2)3CH3 - OH 自身缩合： 交叉缩合： CH3-C-C(CH3)3 O = CH=CH-C-C(CH3)3 O = 酰基化： + CH3CH2CH2-C-Cl C-CH2CH2CH3 （或酸酐） AlCl3 O = O = CH2CH2CH2CH3 HCl 格氏试剂与羰基化合物反应 C R R/ 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-R O = RMgX / 无水乙醚 H2O / H+ C R R/ OH R R/-C-OR/ O = RMgX / 无水乙醚 H2O / H+ R/-C-R O = RMgX / 无水乙醚 H2O / H+ C R R/ OH R 其中：R、R/、R/ 为烷基、芳基 X 为Cl、Br 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯的反应 R-X C2H5ONa CH3-C-CH2-C-OC2H5 = O = O CH3-C-CH-C-OC2H5 = O = O R H+, 稀OH- 浓OH, - H+ R-CH2C-OH = O CH3-C-CH2-R = O 酮式分解 酸式分解 CH2(COOC2H5)2 C2H5ONa CH(COOC2H5)2 Na - + R-CH(COOC2H5)2 H+ ， OH / H2O - R-CH2COOH R-X 维荻希试剂与醛酮的反应 季膦盐 - R R/ CH(ph)3P R/ R/ C=O + R/ R/ C=C R R/ R、 R/、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/COOH KMnO4 H+ R-C=CH2 R-C=O + CO2 KMnO4 H+ R/R/ R-C CH RCOOH + CO2 KMnO4 H+ CH2CH2CH3 -CH(CH3)2 KMnO4 H+ COOH -COOH 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、I R-CHCH3 CHX3 + R-COONa X2 + NaOH 或 NaOX OH R-C-CH3 CHX3 + R-COONa X2 + NaOH 或 NaOX O = 脱羧反应 R-COONa + NaOH（CaO） R-H R-C-NH2 R-NH2 O = Br2 + NaOH 或 NaOBr + NaOH 霍夫曼降解反应 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 CH2COOH CH2COOH CH2 n （ ） （ ）C=O CH2 CH2 CH2 n 其中：n = 2，3 卡宾反应 C = C + CH2N2 C C CH2 h C = C + CHCl3 C C C Cl Cl (CH3)3COK 荻克曼缩合反应 傅克酰基化反应 CH2C-OC2H5 CH2C-OC2H5 O = O = CH2 n C2H5ONa -C2H5OH （ ）（ ）C=O CH2 CH COOC2H5 CH2 n H+ OH- （ ）C=O CH2 CH2 CH2 n其中：n = 2，3 O O = O = + AlCl3 O = C = O C HO Zn-Hg HCl O = C HO O = C Cl = O = O AlCl3 SOCl2 多聚磷酸 官能团的引入 1. 引入卤素 -CH3 + Cl2 -CH2Cl -CH3 Cl- h Fe -CH3 -CH2Br NBS Cl2 CH3CH2CH=CH2 NBS 500 CH3CHCH=CH2 CH3CHCH=CH2 Br Cl X2 R-CH=CH2 HX R-CHCH2 R-CH-CH3 X X HBr 过氧化物 X R-CH2-CH2Br （符合马氏规则） （违反马氏规则） R-C CH X2 HX R-C=CH R-C=CH2 X X X R-CCH R-CCH3 X X X X2 HX X XX 2. 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/ + H2O NaOH H2SO4 乙醇 XH OH H 170 R-CH-CH-R/ R-CH=C-R/ R-C C-R/ NaOH 乙醇 XX NaNH2 X R2C=O + R/CH=P(C6H5)3 R2C=CHR/ 3. 引入羟基 R-CH=CH2 H2O R-CH-CH3 OH (BH3)2 H2O2 / OH- R-CH2CH2OH （符合马氏规则） （反马氏规则） H2SO4 R-C=O R-CH-OH H（R/）H（R/） H O H = LiAiH4 、NaBH4 、 H2 / Ni、Pt、Pd等 R-COOR/ R-CH2OH + R/OH H H = LiAiH4 、C2H5OH + Na 、 H2 / Ni、Pt、Pd等 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-OH R R/ R/-CHO R/-CH-OH 二元醇的制备 C = C C C 稀、冷KMgO4 或OsO4 OH OH 顺式产物 R-CH-CH2 R-CH-CH2 O H2O / H+ 反式产物 OH OH 4. 引入羰基 HC CH + H2O CH3CHO HgSO4 H2SO4 R-C CH + H2O R-C-CH3 HgSO4 H2SO4 = O CH2=CH2 + O2 CH3CHO PdCl2-CuCl2 R-CH=CH2 + O2 R-C-CH3 = O PdCl2-CuCl2 R-CH=C R-CHO + O=C O3 Zn / H2O R/R/ R/R/ R-CH-R/ R-C-R/ KMnO4 = O OH 5. 醚键的形成 2 ROH R-O-R + H2O H2SO4 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 + (CH3)2SO2 -O-CH3-OH 140 R-CH=CH2 + O2 R-CH-CH2 Ag 200300 O R-CH=CH2 + HOCl R-CH-CH2 R-CH-CH2 O Ca(OH)2 OH Cl 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-Hg HCl R-C-R/ R-CH2-R/ H2N-NH2，NaOH 二缩乙二醇 = O = O R-C C-R/ Na + NH3液 H2 / BaSO4 或Pd / C 或Lindlar试剂 C = C C = C R R R/ R/ HH H H 顺式加成 反式加成 H2SO4 RCH2CH2-OH R-CH=CH2 RCH2CH3 H2 Ni 170 O = 7. 芳环上引入-X、-NO2、-NH2、-SO3H、-R、-C-R O = -X -NO2 -R -C-R -NH2 -SO3H X2 FeX3 或Fe H2SO4 + HNO3 Fe + HCl H2SO4 SO3 或浓H2SO4 R-X AlCl3 R-C-X AlCl3 O = 官能团的相互转化 R-COCl R-CONH2 R-COOR/ (RCO)2O R-COOH NH3 R/OH NH3 NH3 H3O+ H3O+ H2O H2O R/OH R/OH P2O5 SOCl2 2. 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 R-NR2 R-NH2 R-NHR R-COOH R-CN R-CH2NH2 H O O NaCN H3O+ R-X R-NH2 NH3 PX3H2O / OH- Mg CO2 H3O+ O = 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 R = 伯、仲、叔烃基 四氢吡喃醚：对碱、格氏试剂、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+ OO R-O- 四氢吡喃醚 H2O / H+ ROH + HO(CH2)4CHO ROH R-O-CPh3 Ph3CCl CH3COOH / H2O 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。 OHOCH3 CH3I 或 (CH3)2SO4 HI， 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 = C R R/O O HOCH2CH2OH / 干HCl H2O / H+ R-C-H O = C R H OCH3 OCH3 CH3OH H2O / H+ 4. 羧基的保护 R-COOH R-COOCH3 CH3OH / H+ H2O / H+或OH- 5. 氨基的保护 NH2NH3 SO4H + - H2SO4 NaOH 间位基 CH3COCl 或 (CH3CO)2O NHCOCH3NH2 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/ XX X2 Zn 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+ H2SO4 SO3H 四、选择合成路线的步骤和方法 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： AABABC ABCD BCD 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% 平衡法： A AB ABC BC D DE DEF EF ABCDEF 90%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 ABCDEF BCD EF 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。 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 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