有机化学合成专题PPT学习教案

1、会计学1 有机化学合成专题有机化学合成专题 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。 合成目标化合物分子的骨架 引入所需的官能团 解决好目标化合物的立体化学方面的要求 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 第1页/共35页 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-

2、CN RCOOH H2O / H+ 其中：R-X为脂肪族伯卤代烃 HCHO HCl + + CH2Cl AlCl3 或ZnCl2 Y Y 其中：Y为供电子基 CO HCl + + CHO AlCl3 第2页/共35页 C R H O HCN C 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 R CH 2 CH 2 OH H3O+ R MgX CH 2 CH 2 O R CH 2 OMgX CH 2 + 3. 增加多个碳原子的反应 R-C CH R-C CNa R-C C-R/ 其

3、中：R/ 为伯卤代烃 X 为Cl、Br、I NaNH2R/X 第3页/共35页 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 第4页/共35页 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(C

4、H3)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 第5页/共35页 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 = RMg

5、X / 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 第6页/共35页 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

6、 -COOH 第7页/共35页 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 第8页/共35页 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

7、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 第9页/共35页 官能团的引入与转换 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 第10页/共35页 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 C

8、H X2 HX R-C=CH R-C=CH2 X X X R-CCH R-CCH3 X X X X2 HX X X X 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 X H OH H 170 第11页/共35页 R-CH-CH-R/ R-CH=C-R/ R-C C-R/ NaOH 乙醇 X X 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-CH

9、2CH2OH （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 第12页/共35页 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 H2

10、O / H+ R/-C-OH R R/ R/-CHO R/-CH-OH 第13页/共35页 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 第14页/共35页 5. 醚键的形成 2 ROH R-O-R + H2O

11、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 140 第15页/共35页 6. 其它一些反应 C=O -CH2- 克莱门森还原法: 吉日聂尔- 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

12、顺式加成 反式加成 H2SO4 RCH2CH2-OH R-CH=CH2 RCH2CH3 H2 Ni 170 第16页/共35页 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 = 第17页/共35页 8. 重氮化反应 NaNO2+ HCl 0 5 NH2 Fe + HCl NO2 HNO3 H2SO4 H3PO2 CuX + HX KI ， HBF4，

13、CuCN + KCN -X -OH H2O ， -CN -I -F N2Cl + - N2Cl + - 第18页/共35页 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。 第19页/共35页 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 ROH R-O-CPh3 Ph3CC

14、l CH3COOH / H2O 第20页/共35页 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+ 第21页/共35页 4. 羧基的保护 R-COOH R-COOCH3 CH3OH / H+ H2O / H+或OH- 5. 氨基的保护 NH2 NH3

15、 SO4H+ - H2SO4 NaOH 间位基 CH3COCl 或 (CH3CO)2O NHCOCH3 NH2 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/ X X X2 Zn 第22页/共35页 7. 芳环位置的保护 H2O / H+ H2SO4 SO3H 第23页/共35页 第24页/共35页 1、醇的鉴定 金属Na，K2Cr2O7，（红色兰绿色） Lucas试剂 2、酚的鉴定 Br2水，FeCl3溶液. 3、醛酮的鉴定 饱和NaHSO4溶液，2,4-二硝基苯肼。 4、醛的鉴定 Tollens试剂，Fehl

16、ing试剂，其它，如KMnO4溶液 5、具有CH3CO-醛酮以及 结构的醇 碘仿反应 6、有机胺的鉴定 TsCl（,“对甲苯磺酰氯”）,NaOH,H2O:鉴定脂肪族的伯胺、仲胺和叔胺。HNO2：鉴定芳香族胺 CH3 CH OH 第25页/共35页 第九章 醇和酚 醇：甲醇（木醇、木精）、乙醇（酒精）、甘醇（乙二醇）、甘油（丙三醇） 酚：石炭酸（苯酚）、苦味酸 CH2-ONO2 CH2-ONO2 CH-ONO2 NO2 NO2 O2N OH 硝化甘油 苦味酸 NO2 OH 5-硝基 -1- 萘酚 NO2 OH 5-硝基 -2 - 萘酚 从 -开始编号，同时也要满足-OH编号（-OH为母体官能团）

17、最小 正丁醇、异丁醇、 (CH3)3C-OH 叔丁醇 第26页/共35页 第十章 醚和环氧化合物 O CH2 CH CH2 O Cl 1,4-环氧丁烷 四氢呋喃 (THF) 3-氯 -1,2- 环氧丙烷 环氧氯丙烷 第十一章 醛、酮和醌 醛：蚁醛（甲醛）、水杨醛（邻羟基苯甲醛） COCH3 COCH3 苯乙酮 环戊乙酮 第27页/共35页 第十二章 羧酸 蚁酸（甲酸）、醋酸（乙酸）、草酸（乙二酸）、 水杨酸（邻羟基苯甲酸）安息香酸（苯甲酸）、 肉桂酸（3-苯基丙烯酸）。 Cl Cl OCH2COOHCH2COOH 2,4-二氯苯氧乙酸 2-萘乙酸 第28页/共35页 第十三章 羧酸衍生物 P4

18、47 CH3COOCH2 CH3COOCH2 乙二醇二乙酸酯 COOC2H5 COOC2H5 乙二酸二乙酯 CH3C O CCH3 OO 乙酸酐(乙酐) COCH=CH2 O -萘甲酸乙烯酯 CH2 C CH2 C N CH2CH3 O O N-乙基丁二酰亚胺 C C NH O O 邻苯二甲酰亚胺 CONH2 CONH2 邻苯二甲酰胺 C C = O O OC-Cl O Cl -CC-Cl OO 环己烷甲酰氯 对苯二甲酰二氯 邻苯二酸酐 NHCOCH3 乙酰苯胺 第29页/共35页 第十五章 有机含氮化合物 CH3CH2CH2CH2NH2 CH3CH2CHCH3 CHCH2NH2 (CH3)3

19、C NH2 CH3 CH3 正丁胺 异丁胺 仲丁胺叔丁胺 NH2 复杂的胺：以烃为母体，氨基及取代氨基作为取代基。例如： CH3CHCH2CHCH2CH3 CH3CH2CHCH2CHCH3 CH3NH2 2-甲基 -3- 氨基己烷 1-乙基异丁胺 三乙醇胺 (H3C)2NCH3 2-甲基 -4- 二甲氨基己烷 (HOCH2CH2)3N N CH3 C2H5 N-甲基 -N-乙基苯胺 CH2N(CH3)3OH- + 氢氧化三甲基苄铵 (CH3)2CHN(CH3)3Cl - + 氯化三甲基异丙胺 第30页/共35页 （二）酸碱性、稳定性、活性、反应速度的比较 酸碱性 两酸（酚、羧酸）一碱（氨基化合物,P497） 其它：醇的酸性（略，P335） OH CH3ClNO2 OHOH OH (A)(B) (C) (D) CH3ClNO2 (A)(B) (C) (D) COOH COOH COOHCOOH CH3ClNO2 (A)(B) (C) (D) NH2 NH2 NH2NH2 酸性：DBCA酸性：DBCA 碱性：ACBD 第31页/共35页 从强到弱排列苯酚、邻甲基苯酚、邻硝基苯酚、间硝基苯酚、对硝基苯酚、2,4-二硝基苯酚、2,4,6-三硝基苯酚的酸性次序。 OH CH3 OHOH NO2 OH NO2 OH NO2 OH NO2 NO2 OH NO2 N