第二十一章 有机合成基础

1、第二十一章 有机合成基础简单有机化合物的制备及复杂化合物的合成是有机化学研究过程中的主要任务。有机合成是有机化学中的重要分支。出于基础理论和实际应用研究的需要，人们在从事新化合物的合成的同时，也在不断的优化已知化合物的合成工艺路线，开发出了许多新的更经济、更环保的合成反应。有机合成的中心任务主要包括：1）以具有特殊用途或目的的分子为目标，设计合成路线并进行实施；2）以特定的价廉易得的天然原料为起始物，经过合成转化成价值高的产品；3）以特定的反应，特别是新反应为对象，研究它们在有意义的化合物的合成中的潜在应用。有机合成设计的主要内容包括有机分子骨架的形成和官能团的引入及转化两个方面。分子骨架的形

2、成主要包括碳碳单键、不饱和键以及碳环与杂环的形成方法，它是有机合成的核心内容。本章将主要介绍碳基本骨架的形成途径、常见官能团的合成方法、以及反合成分析的基础知识。21.1 碳氢分子骨架的形成复杂有机化合物可以看成是以烃类分子为基本骨架，在特定位置上引入各种不同的杂原子或官能团后形成的。构建分子骨架的具体内容主要包括C-H键、C-C键、C=C键、CC键及碳环的形成方法。21.1.1 C-H键的形成方法在有机合成中，为了构建特定的碳链结构，常需要借助特定的官能团作为辅助基团。在碳链结构构建成功后，这些官能团需要转化成C-H键。形成C-H键的一般方法包括：1）利用碳负离子夺取一个质子；2）利用催化加

3、氢和氢解反应；3）利用负氢试剂的亲核取代反应（表观上的还原反应）；4）碳自由基的攫氢反应。一、碳负离子法 一般而言，碳负离子主要是通过还原试剂还原特定官能团化合物而生成的中间体。下面对各种形成方式作简单介绍。1）卤代烃与碱（土）金属的反应 除氟代烃外，卤代烃可以与金属镁反应，形成相应的格氏试剂。格氏试剂与含酸性氢原子的化合物反应，则可以得到卤素被氢原子取代的产物。例如：2）碱金属还原不饱和键的反应 在低温下，含苯环的化合物可以被锂（钠）在液氨中还原成1，4-环己二烯化合物，该过程称为Birch还原反应。 非末端炔烃也可以被锂（钠）在液氨-乙醇中还原成反式烯烃：3）水合肼还原醛酮羰基的反应 一些

4、对碱较稳定的醛酮的羰基，可以在KOH-二缩乙二醇，二甲亚砜等高沸点溶剂中用水合肼还原成亚甲基（Wolff-Kishner-黄鸣龙反应）。例如：二、催化加氢与氢解反应 在特定的过渡金属催化下，不饱和有机化合物可以与氢气发生加成反应，形成新的C-H键。例如： 含有苄氧或苄胺基团的化合物在Pd-C催化下，易发生裂解反应。例如：另外，碳卤键也可以通过催化加氢进行裂解。例如：三、负氢试剂的还原 卤代烃的C-X键可以被氢化铝锂、硼氢化钠等负氢试剂还原成C-H键。芳基C-X键比烷基的较难还原，C-I键最易被还原。烷基碘化物在二甲亚砜等溶剂中甚至可以被硼氢化钠还原，还原反应一般按SN2历程进行。 酰氯的C-C

5、l键可以选择性地被三叔丁氧基氢化铝还原成C-H键，得到较高产率的醛。例如： 氰基硼氢化钠也可以用于选择性地还原碳卤键。例如：四、三丁基氢化锡的还原 三丁基氢化锡是一个很有效的脱卤试剂。在自由基引发剂，如过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈，的存在下，它能选择性地将C-X键还原成C-H键。例如：21.1.2 碳碳单键的形成形成C-C键的主要方法包括：1）碳中心亲核试剂的烷基化反应；2）碳中心亲核试剂的酰化反应；3）碳中心亲核试剂与不饱和羰基化合物等的Michael加成反应； 4）自由基偶联反应；5）过渡金属催化偶联反应。有机合成中常用的碳中心亲核试剂主要包括：1）有机金属试剂；2）具有活泼氢的亚甲基或甲基

6、化合物；3）炔盐；4）烯胺、烯醇硅醚等中性试剂；5）叶立德试剂。一、碳中心亲核试剂的烷基化反应 最简单的烷基化反应是碳负离子与卤代烃或对甲苯磺酸酯等烷基化试剂的亲和取代反应。例如： 环氧乙烷也可以用作烷基化试剂，得到碳链延长二个碳的产物： 醛和酮也可以看作烷基化试剂，反应后可以在亲核试剂的碳中心原子上引入羟甲基或羟烷基。例如：芳香醛与a-溴代或氯代羧酸酯在活性锌粉作用下，可以得到中等产率的a-羟基羧酸酯，这一反应过程被称为Reformatsky反应。例如：醛与仲胺在酸性条件下形成的亚胺正离子也是一个有用的胺甲基化试剂，可以与多种碳中心亲核试剂进行反应。例如：二、碳中心亲核试剂的酰化反应常用的酰

7、化试剂主要是羧酸衍生物，腈在某些场合也能充当酰化试剂。羧酸衍生物作为酰化试剂的反应性很不相同，其大小次序为：活性较低的酰化试剂一般需要与亲核能力很强的试剂反应。例如： 羧酸酯是一种较温和的酰化试剂，与较强的碳亲核试剂反应得到酮类化合物。由于酮羰基的活性比酯的高，反应过程中会产生亲核试剂与酮进一步反应造成的副产物。例如，格氏试剂与三氟乙酸乙酯在低温下反应，主要得到三氟甲基酮；而在较高温度下，则会得到相当多的叔醇：甲酸酯是一种有效的甲酰化试剂，可以与酮等在碱催化下反应。例如：分子内的酰化反应可以用于合成环状化合物。例如： 具有a-氢的酯在强碱作用下，会发生酯缩合反应，主要得到以烯醇盐形式存在的产物

8、，经酸化后转化成b酮酸酯。在这种请况下，酮羰基不易与亲核试剂发生进一步反应。分子内酯缩合反应可以得到较高产率的环状b酮酸酯。例如： 酸酐是一个较活泼的酰化试剂，可以与各种亲核试剂发生酰化反应。 酰氯的反应活性很高，在不同条件下可以与各种亲核试剂发生酰化反应。例如，酰氯与氰化钠反应，可以得到酮腈化合物；在碱作用下，丙二酸二乙酯可以与酰氯反应得到2-酰化产物，后者进一步反应可以得到脱羧产物。例如：烯胺可以与酰氯反应，可以得到中等产率的1，3-二酮化合物。三、碳中心亲核试剂的Michael加成反应烯醇盐与Michael受体间的Michael加成反应是构建碳链的重要方法之一。常用的Michael受体主

9、要有a，b-不饱和醛酮、a，b-不饱和羧酸酯、丙烯腈和硝基烯烃等，形成碳负离子的试剂包括含活泼氢的亚甲基化合物、硝基烷烃、烯胺以及氰化钾（钠）等。反应示例如下：四、自由基偶联反应 酯等羰基化合物在金属还原下，会形成双分子偶联产物（偶姻反应）。例如： 芳基重氮盐与不饱和化合物在氯化亚酮的作用下，可以发生芳基化反应（Meerwein 反应）。例如：1924年Gomberg和Bachmann发现，芳香重氮盐在碱性条件下与其它芳香族化合物偶联生成联苯或联苯衍生物。反应是通过自由基历程进行的。五、过渡金属催化偶联反应偶联反应（Coupling reaction）是两个化学实体（或单位）结合生成一个分子的

10、有机化学反应。狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳-碳键生成反应，根据类型的不同，又可分为交叉偶联和自身偶联反应。下面对各种偶联反应作简单介绍。1）Wurtz-Fittig反应1855年，法国化学家Wurtz发现卤代烷和金属钠作用后，生成了含碳原子数增加1倍的烷烃。上述反应对伯卤代烷较为适宜，叔卤代烷则形成烯烃。反应可能形成有机钠中间体，属于SN2历程。例如：德国化学家费提希用金属钠、卤代烷和卤代芳烃一起反应，得到了烷基芳烃，称为“武尔兹-费提希反应”。本法收率较高，副产物容易分离，是一种重要的制备烷基芳烃方法。2）Glaser偶联反应1869年，Glaser发现末端炔烃在亚铜盐、碱以及氧化

11、剂作用下，可以形成二炔烃化合物。例如：3）Ullmann反应Ullmann 偶合反应是有机合成中构建碳碳键最重要的方法之一。Ullmann偶合反应首次报道1901年, 它通常是利用铜作为催化剂, 催化卤代芳烃发生偶合反应生成联苯及其衍生物。一般反应式为：目前该反应的底物范围、反应条件以及催化剂等都有了较大的改进。例如：4） Cadiot-Chodkiewicz偶联反应炔基卤化物与末端炔烃在亚铜盐催化下，可以形成二炔烃。例如： 5）Castro-Stephens偶联反应 反应性较低的芳基卤化物与炔化亚铜反应，可生成收率很高的炔基芳香化合物。 6）Kumada偶联反应 格氏试剂与卤代烃在Ni或Pd

12、催化下，会发生偶联反应。该反应由Kumada 在1972年发现。 格氏试剂与卤代烷烃、乙烯基卤、卤代芳烃在Ni催化下的偶联反应，成本低，易于工业化。不过，该反应局限于哪些直接不会与格氏试剂反应的卤代烃。因此，该反应在合成苯乙烯型化合物以及不对称联苯型化合物时比较适用。在Pd催化下，卤代烃的反应性大小顺序为：I >Br >Cl；而在Ni催化下，其活性顺序为：Cl> I> Br。上式中dppe为Ph2PCH2CH2PPh2的缩写。7）Heck反应 Heck 反应是一类重要的卤代芳烃烯基化、形成新的CC 键的合成反应，1972年由Heck发现，近几年来一直是催化化学和有机化学

13、的研究热点。Heck反应是由一个不饱和卤代烃（或三氟甲磺酸盐）和一个烯烃在碱和钯催化下生成取代烯烃的一个反应。催化剂主要有氯化钯，醋酸钯，三苯基膦钯，CuI等；载体主要有三苯基膦，BINAP等；所用的碱主要有三乙胺，碳酸钾，醋酸钠等。溶剂以DMF、NMP等极性非质子溶剂为主。8）Sonogashira偶联反应Sonogashira 反应是一类由金属钯催化的末端炔烃与sp2型碳的交联耦合反应，是目前合成CC键的主要方法之一。Sonogashira 反应一般利用均相钯盐作催化剂，在一定量的CuI和适当量的胺碱存在下在极性溶剂介质中进行的。例如，Pd/C 作为一种非常高效的催化剂，在PPh3 存在的

14、条件下，可催化多种炔烃与4-溴-6-甲基-2-吡喃酮反应，可高产率地得到目标产物，产率高达到80%90%。9）Negishi偶联反应 Negishi反应是一类由Ni或Pd催化的有机锌试剂与卤代烃间的偶联反应，适用于制备不对称的二芳基、二芳基甲烷、苯乙烯型或苯乙炔型化合物。卤代杂环芳烃也可以进行类似的反应。常见的反应类型如下所示：10）Stille偶联反应 Stille反应是有机锡化合物和不含-氢的卤代烃（或三氟甲磺酸酯）在钯催化下发生的交叉偶联反应。一般反应式如下所示：该反应由Stille等于20世纪70年代首先发现，是有机合成中很重要的一个偶联反应，总数占到现在所有交叉偶联反应的一半以上。该

15、反应一般在无水无氧溶剂及惰性环境中进行。等当量的Cu(I)或Mn(II)盐可以提高反应的专一性及反应速率。氧气会使钯催化剂发生氧化，并导致有机锡化合物发生自身偶联。四(三苯基膦)合钯(0)是最常用的催化剂，其他催化剂包括PdCl2(PPh3)2、PdCl2(MeCN)2等。使用的卤代烃一般为氯、溴、碘代烃，以及乙烯基或芳基三氟甲磺酸酯。用三氟甲磺酸酯时，加入少量的氯化锂可以活化氧化加成一步的产物，使反应速率加快。烃基三丁基锡是最常用的有机锡原料。虽然烃基三甲基锡的反应性更强，但较大的毒性（约前者的1000倍）限制了其应用。强极性溶剂（如六甲基磷酰胺、二甲基甲酰胺或二恶烷）可以提高有机锡原料的活

16、性。例如：该反应历程为：活性零价钯与卤代烃发生氧化加成反应，生成顺式的中间体，并很快异构化生成反式的异构体。后者与有机锡化合物发生金属交换反应，然后发生还原消除反应，生成零价钯及反应产物，完成一个催化循环。 锡所连基团发生金属交换一步时的速率有如下顺序：炔基 > 烯基 > 芳基 > 烯丙基 苄基 > -烷氧基烃基 > 烃基11）Suzuki反应 1979年，Suzuki发现苯基硼酸与溴代苯在Pd（0）催化下，在碱性介质中可以发生交叉偶联反应，形成不对称联苯化合物。例如： 目前，该反应的范围已经扩大到卤代烷烃、卤代烯烃、卤代炔烃以及一些三氟甲基磺酸酯；芳基硼酸可以用

17、烃基三氟硼酸钾（RBF3K）、有机硼烷和硼酸酯代替。例如：12）Hiyama偶联反应 1988年Hiyama发现有机硅烷在Pd催化下，也可以与卤代芳烃、乙烯基卤、三氟甲基磺酸芳基酯等发生偶联反应。硅烷分子中含有卤素原子对反应的进行有利。该反应的最大特点是可以利用有机硅烷代替毒性大的有机锡试剂。例如：13）Fukuyama偶联反应 1998 年，Fukuyama发现硫代羧酸酯（RS-COR）在Pd催化下可以与有机锌试剂进行交叉偶联反应，得到酮化合物。该反应称为Fukuyama偶联反应。该反应的优点是产物中不会产生叔醇。另外，分子内含有醛基、酮基、乙酰氧基、硫醚键、卤代芳烃等官能团的反应物参加反应

18、时，这些基团不会参与反应。21.1.3碳碳双键的形成 碳碳双键的形成方式主要有三种：1）利用1，2-消除反应；2）利用羰基化合物与亲核试剂的缩合反应；3）利用烯烃的复分解反应。一、1，2-消除反应醇、卤代烃、羧酸酯、黄原酸酯等化合物在特定条件下会发生1，2-消除反应，形成烯烃。卤代烃的消除反应一般在强碱作用下进行，因叔卤代烃易发生消除，可以得到较高产率的相应烯烃。醇的脱水反应一般在酸催化下发生，主要形成热力学较稳定的烯烃。常用的脱水剂有质子酸、酸式盐、强吸水性试剂、Lewis酸等。例如：羧酸酯的热分解常在300度的高温下进行，一般不需要其它试剂或溶剂，产率较好。主要产物为取代较少的烯烃，一般无

19、异构化、重排等副反应。黄原酸酯的热分解与羧酸酯的热分解反应十分相似，但反应条件较温和。反应被认为经六元环过渡态进行，为顺式消除。黄原酸酯通常100度左右即可分解成烯烃。例如：此外，季铵盐在碱作用下、氧化叔胺的热分解也是形成双键的有效方法。例如：二、羰基化合物的缩合反应醛酮与许多含活性氢的元素有机化合物在碱作用下会发生缩合反应，形成碳碳双键。主要反应包括：1）自身缩合；2）与酯的缩合；3）与磷叶立德的反应；4）与有机硅试剂的缩合；5）与砜化合物的缩合等。1）自身缩合具有a氢的醛酮在碱作用下发生自身缩合，生成a，b-不饱和醛酮。例如，丙酮在氢氧化钡作用下的反应：2）与酯的缩合丙二酸二乙酯与不含a氢

20、的醛酮在碱作用下发生交叉缩合，生成a，b-不饱和酯。例如：3）Wittig反应醛酮与磷叶立德反应，可以形成碳碳双键。例如：4）Peterson反应有机硅试剂与金属或强碱反应得到的a-硅基碳负离子，可以与醛酮发生亲和加成，由此形成的硅醇化合物在酸碱作用下发生消除，形成烯键化合物。该反应称为Peterson烯化反应（Olefination）。一般过程示意如下：硅醇化合物在酸作用下，一般以反式消除为主；在碱作用下，则以顺式方式进行消除。5）Julia烯化反应Julia烯化反应（Julia olefination），也称Julia烯烃合成，是苯基砜与醛或酮作用并官能团化生成酯，然后在还原剂，如钠汞齐、

21、二碘化钐等作用下发生还原消除生成烯烃的反应。反应的主要产物是反式烯烃。一般反应式如下所示：三、烯烃的复分解反应（Olefin metathesis）烯烃的复分解反应由含Ni、W、Ru和Mo的过渡金属卡宾配合物催化，反应中烯烃双键断裂重组形成新的双键，通式如下：按照反应过程中分子骨架的变化，反应可以分为开环复分解、开环复分解聚合、非环二烯复分解聚合、关环复分解以及交叉复分解反应。因此，烯烃复分解反应在高分子材料化学、有机合成化学等方面具有重要意义。目前，应用最广的催化剂分为两类：即Grubbs 型和Schrock型，结构如下所示：Schrock型催化剂的特点是可以有效地催化立体位阻大的反应。而G

22、rubbs 型催化剂可以用于含有其它多种官能团的烯键的复分解反应。Grubbs 型催化剂可以催化下述反应，得到高产率的复分解产物：21.1.4碳碳三键的形成 碳碳三键的形成方式主要有两种：1）利用二卤代烷烃或卤代烯烃的消除反应；2）利用乙炔为原料，制备相应的炔键化合物。邻二卤代烃脱卤化氢是合成炔键的重要方法。常用的碱有：KOH/EtOH、RONa/ROH、NaH、NaNH2等。分子内醚键、硝基、氨基等对反应没有影响。此外，偕二卤代烃脱卤化氢也可以制备炔烃。例如：此外，1，2-二酮在还原剂作用下发生脱氧反应，形成炔键。例如：乙炔是制备含炔键化合物的重要原料，它在碱作用下形成的炔负离子可以与各种亲

23、电试剂反应，形成不同的炔类化合物。21.1.5 碳环的形成一、周环反应Diels-Alder反应是形成六员碳环化合物的有效方法。富电子的双烯体与缺电子的亲双烯体之间在加热下即可发生环加成反应，得到环己烯类化合物。例如：对含有取代基的的双烯体和亲双烯体间的反应，显示出良好的区域选择性，生成以邻位或对位为主的产物。一般反应如下所示：2+2环加成反应是合成四元环的重要方法。烯烃在光照下发生顺式环加成。例如： 此外，共轭多烯烃的电环化反应也是形成碳环的有效方法。二、Simmons-Smith 反应Simmons-Smith 反应是指在锌铜合金粉作用下，二碘甲烷与烯烃发生顺式加成反应，形成环丙烷类化合物

24、的过程。例如：反应先生成单线态卡宾，接着与烯烃发生加成，形成烯烃的立体构型保持的产物。卡宾是一类重要的有机合成活性中间体。三、分子内缩合反应羰基化合物在碱作用下可以发生分子内缩合反应，形成环状化合物。例如：上述分子内羟醛缩合反应，也称为Robinson环合反应。四、酮醇缩合反应二酯化合物在金属钠存在下，可以被还原成环状的酮醇化合物。例如：六、分子内的亲核取代反应活泼亚甲基化合物与两端连有离去基团的试剂，如1，2-二溴乙烷，反应，可以得到一定产率的环状化合物。例如：21.2 常见有机官能团的形成反应 碳卤键 碳卤键一般可以由下列方式形成：1）C-H键的卤代；2）羟基的取代；3）烯炔键的加成；4）

25、其他取代反应。一、碳氢键的卤代 碳氢键的卤代反应可以细分为三类：1）自由基链式取代；2）芳环的亲电取代；3）含活泼氢化合物的a-卤代。1）烃类的卤代反应饱和烃在光照或高温情况下，可以与卤素发生自由基取代反应，形成碳卤键。例如：若C-H键处于苄位或烯丙位上，更易进行选择性卤代反应，卤代试剂可以使用的N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）。例如：2）芳环的亲电取代 通过芳烃与卤素间的亲电取代反应得到芳烃碳卤键。3）含活泼氢化合物的a-卤代 醛、酮的a-碳氢键与卤素可以发生反应，形成a-卤代产物。例如：醛酮的a-卤代被认为是通过烯醇化中间的亲电卤代历程进行的。 酰卤、酸酐、腈、丙二酸及其二酯的a-活泼氢活性较

26、大，可以直接用卤素进行卤代反应。而简单羧酸则需要转变成线路后才能顺利地进行卤代，因此通常在反应体系中需加入催化量的赤磷。例如：二、羟基的取代 醇和羧酸分子内的羟基可以与卤化试剂反应，形成被卤素取代的产物。醇羟基较易发生卤代反应，仲醇和叔醇的羟基可以直接与氢溴酸或氢碘酸发生卤代反应。碘代烃易被HI还原成烃和碘，可以KI/多聚磷酸代替氢碘酸。例如： 无机卤化试剂二氯亚砜、三卤化磷和五氯化磷则是更强的卤代试剂，不仅可以将醇羟基取代，而且可以将羧酸的羟基取代。例如： 一些特殊的酚羟基可以被上述卤代试剂取代。例如，2-羟基喹啉化合物的卤代反应：3）烯炔键的加成烯炔化合物与卤素、次卤酸酯、N-卤代酰胺等反

27、应，可以得到含C-X键的化合物。例如：4）其他取代反应 醚、酯和磺酸酯的C-O键可以被相应的卤代试剂裂解，形成C-X键。另外，卤代烃的C-X键在适当的介质中可以互相置换。 简单的羟基化合物 在合成过程中，形成羟基的方法颇多，这里仅介绍常见的几种方法。一、醛酮的还原 醛酮能被许多化学还原剂还原成醇，目前应用最广泛的是金属氢化物还原和催化氢化还原。常见的还原剂为氢化铝锂、硼氢化钠、硼氢化钾等。催化氢化的催化剂是Raney镍和其它第八副族金属元素。二、格氏试剂与羰基化合物的反应格氏试剂与甲醛反应可以得到伯醇、与其它醛的反应得到仲醇、与酮的反应得到叔醇。三、卤代烃与酯的水解 伯卤代烃在碱性条件下水解，

28、可以得到伯醇化合物。仲、叔卤代烃在水解过程中会发生消除反应，一般不用于醇的制备。 酯在建催化下的水解反应可以得到羧酸和醇。四、烯键的水合和氧化 烯烃在酸催化下与水的加成反应，称为水合反应，产物为醇。烯键被氧化成环氧乙烷，接着水解形成1，2-二醇化合物。 氨基化合物 氨基是一种重要的基团，一般可以通过下述方法得到。一、硝基的还原 硝基可以被还原金属，如Fe和Zn等，在酸性介质中还原为氨基。例如：另一种在工业上广泛使用的还原法是Raney镍催化的加氢反应。硝基苯经催化加氢可以得到高产率的苯胺。二、腈、酰胺与叠氮化合物的还原 卤代烃与叠氮化钠反应得到叠氮化合物，与NaCN反应得到腈。叠氮化合物和腈经

29、催化加氢可以得到伯胺。腈和酰胺经氢化铝锂还原，也可以得到伯胺。三、酰胺的水解N-烃基酰胺和亚酰胺在酸碱催化下水解，可以得到伯胺。例如： 羰基化合物 形成羰基化合物的方法很多，常见的合成方法主要包括：1）醇的氧化；2）不饱和键的选择性氧化；3）芳烃的酰化；4）亲核试剂与羧酸衍生物的取代反应等。一、醇的氧化 伯醇在选择性氧化剂作用下形成醛，仲醇可以被许多氧化剂氧化成酮，叔醇则不易被氧化。例如：二、芳烃的酰化许多芳烃与酰卤或羧酸酐在Lewis酸催化下反应得到芳基酮，一些富电子芳烃可以直接与酰化试剂反应得到酮。利用N，N-二甲基甲酰胺/POCl3、氰酸锌/AlCl3、CO-HCl/Cu2Cl2/AlC

30、l3等试剂可以用于富电子芳烃的甲酰化，得到芳香醛。例如：三、芳烃侧链的氧化烷基苯化合物在温和的条件下用KMnO4、K2Cr2O7等强氧化剂氧化，可以得到苯基烷基酮。例如，正丙基苯可以被氧化成苯丙酮。四、格氏试剂与羧酸衍生物的反应 格氏试剂与腈、咪唑型酰胺等反应，可以得到较高产率的酮。在低温下，格氏试剂与酯、酰氯等反应，也能得到较好产率的酮。 羧酸 羧酸及其衍生物是一类自然界中广泛存在的化合物，通常可由其它化合物的氧化得到。一、醇、醛的氧化伯醇和醛在适当的氧化剂作用下，即可转化成羧酸。常见的氧化剂包括锰系氧化剂、铬系氧化剂。其它一些温和的氧化剂，如碳酸银，也可以把醛氧化为羧酸。仲醇在较强烈的条件

31、下，也可以发生C-C键的断裂，形成羧酸。二、烃的氧化芳环侧链的甲基用KMnO4、K2Cr2O7等强氧化剂氧化，可以得到芳基甲酸。其它烷基芳烃需在强烈的反应条件下，才能转化成芳基甲酸。烯键和炔键化合物在强氧化剂作用下可以断裂，形成两分子的羧酸。三、与二氧化碳的反应 格氏试剂与二氧化碳反应，生成较高产率的羧酸。例如：四、羧酸衍生物的水解羧酸衍生物在酸碱催化下水解，可以得到高产率的羧酸。例如，腈可在硫酸水溶液中水解成相应的羧酸。另外，三卤甲基化合物也可以水解成相应的羧酸。例如：21.3 常见官能团的保护与去保护在合成中经常遇到的问题是，如何选择性地将分子内同时存在的几个官能团（可以相同或不同）进行选

32、择性转换。如果需要转换的官能团的反应性较高，那么利用合适的选择性反应试剂和条件，就能达到目的。但是，有时需要转换的官能团的反应活性与其它官能团相近甚至更低，这时必须采取措施，将不希望参与反应的官能团先转化成某种较稳定的衍生物，然后将目标官能团进行转换，最后再通过合适的反应恢复原来的官能团。这种方法被称为官能团的保护（protection of functional group），改变官能团的基团称为保护基团。对官能团进行保护的主要用途有：（1）提高反应的区域选择性，（2）提高反应的立体选择性，（3）有利于反应产物的分离。对理想的保护基团，应符合下述要求：（1）该基团可在温和条件下引入，（2）该

33、基团在化合物其它反应中心进行转换所需的反应条件下和后处理过程中应是稳定的，（3）该基团在温和条件下应可以选择性地除去，（4）去保护过程产生的副产物应该容易除去。下面介绍常见官能团的保护方法。 羟基羟基的保护主要通过形成酯或醚来实现。酯类保护基在酸性介质中应较稳定，常用于硝化、氧化和形成肽键时羟基的保护。常用的保护基主要有t-BuCO(piv)、PhCO、CH3CO、ClCH2CO、和CF3CO等。在羟基上引入保护基的方法主要有羟基与酸酐或酰氯在吡啶或三乙胺存在下的酰化反应。在多羟基化合物中，伯羟基最易酰化，仲羟基次之，叔羟基最难。因此，可用t-BuCOCl选择性地保护伯羟基。对反应性低的羟基的

34、酰化，可以加入催化量的4-(N, N-二甲胺基)吡啶（DMAP）。用于羟基保护的醚类保护基主要有硅醚、烷基醚和烷氧基烷基醚。硅醚保护基主要有：Me3Si (TMS)、Et3Si (TES)、t-BuMe2Si (TBDMS)等。他们对酸水解的相对稳定性为：TMS (1) < TES (64) < TBDMS (20000)；对碱水解的相对稳定性为：TMS (1) < TES (10100) < TBDMS (20000)。这类硅醚对碱的稳定性高于对酸的稳定性，可以用稀的三氟乙酸或氢氟酸溶液去保护。 氨基氨基的保护在有机合成中非常普遍。许多生物活性分子，如多肽的合成过程中

35、都会遇到这一问题。已知的保护基团虽然很多，但目前常用的主要有碳甲酰胺类（carbamate）、磺酰胺类和烷基类保护基。碳甲酰胺类是使用最广泛的一类保护基，它既容易引入，又容易选择性地除去。有代表性的保护基有叔丁氧羰基（Boc）、苄氧羰基（Cbz）、9-芴甲氧羰基（Fmoc）、三氯乙氧羰基（Tceoc）。叔丁氧羰基保护的氨基能耐受催化氢化、较强的碱性介质和亲核反应条件。常用的保护试剂为碳酸二叔丁酯（Boc2O）、叠氮甲酸叔丁酯（t-BuOCON3）和2-叔丁氧酰氧亚胺基苯乙腈（Boc-O-N=C(CN)Ph）。胺与Boc2O的反应通常在弱碱性有机溶剂-水中在较低温度下进行，与t-BuOCON3的

36、反应在水-1, 4-二氧六环或二甲亚砜中进行，与Boc-O-N=C(CN)Ph的反应在三乙胺存在下在水-1，4-二氧六环中进行。除去Boc保护基的常用方法是使用三氟乙酸-二氯甲烷溶液，也可用氢氟酸水溶液。苄氧羰基保护在弱酸弱碱条件下稳定性较高。可由胺与价格便宜的氯甲酸苄酯在碱性水溶液中在较低温度下反应完成。苄氧羰基的除去与苄醚类似，但最有用的方法是在中性条件下进行催化氢解，常用催化剂为Pd/C。9-芴甲氧羰基保护基在酸性条件下相当稳定，可由胺与氯甲酸-9-芴甲酯在NaHCO3或Na2CO3水溶液中在较低温度下反应完成。该保护基的去除可用有机碱，如二乙胺、哌啶和吗啡啉等，在非质子极性溶剂中处理完

37、成，反应很快。 羰基醛、酮羰基最常用的保护方法是将其转换成缩醛、缩酮或硫代缩醛或缩酮，即：通常，由醛制备缩醛比由酮制备缩酮容易，环状酮又比开链酮容易，位阻小的酮比位阻大的酮容易，孤立羰基比共轭羰基容易。对芳香醛酮，芳环上存在拉电子取代基比存在给电子取代基更容易形成缩醛或缩酮。例如：1，3-二氧杂烷在碱性条件下稳定性很高，通常在强酸-丙酮存在下水解去保护基。1，3-氧硫杂烷在中性或弱碱性介质中可用Raney Ni去保护。 羧基羧酸的保护主要是阻止碱性试剂与羧酸质子之间的反应，最常用的方法是将羧酸转化成相应的羧酸酯。甲酯通常在酸催化下由酸与甲醇反应，也可由羧酸与重氮甲烷反应得到。在氨基酸的酯化反应

38、中，三甲基氯硅烷或二氯亚砜常用作反应的促进剂。有时也可使用MeI-KHCO3在室温下对羧酸进行甲基化。甲酯的去保护一般在KOH、LiOH等无机碱在甲醇或THF的水溶液中进行，如：a-取代噁唑啉系统也可以用作羧基的保护基，它可由羧酸与2-氨基乙醇衍生物作用得到。这类保护基可以耐受氧化剂和格氏试剂，但用酸处理时则很易去除。例如：21.4 反合成分析的基础21.4.1 合成子的概念下面通过乙烷的合成反应为例，介绍合成子的概念。乙烷可以通过甲基锂与碘甲烷的反应得到，也可以由碘甲烷与金属钠作用得到（Wurtz反应）。前一个反应为极性反应过程，可以理想地看作甲基负离子与甲基正离子的结合，甲基负离子显然为给

39、电子的合成单元，被称作给电子合成子，简称d-合成子，而甲基正离子显然为接受电子的合成单元，被称作受电子合成子，简称a-合成子。后一个反应为自由基反应过程，可以看作两个甲基自由基的结合，甲基自由基被称作自由基合成子，简称r-合成子。具有合成子功能的试剂被称为该合成子的合成等价体（synthetic equivalents）。值得强调的是，一个特定合成子的合成等价体可以超过一个。常见d-合成子的等价体包括硝基甲烷、丙二酸二乙酯、有机金属试剂、叶立德试剂等。常见a-合成子的等价体包括卤代烃、环氧乙烷、a，b不饱和羰基化合物、a卤代乙酸酯等。21.4.2极性转换（umpolung）一些通常被视为a-合成子的合成等价体，经过适当的化学反应后，可以转化成d-合成子的合成等价体，反之亦然。所有导致合成子类型改变的过程，被称作极性转换7。这种过程在较大程度上扩大了合成等价体的选择范围。下面介绍一下可以引起极性转换的反应类型。一、杂原子的交换 一些试剂经过杂原子交换后，可以发生极性逆转。例如：二、杂原子的引入普通的烯烃由于分子内存在p-电子，通常属于给电子试剂。若将烯烃氧化成环氧乙烷化合物，即引入一个氧原子后，那么原来双键上的碳原子的反应性就被逆转（d®a）。烯醇负离子与卤素（通常为氯或溴）反应，即在分子内引入一