有机化学课件(邢其毅)-第13章

13有机合成基础

有机化学的领域：具有生理活性天然产物的分离、鉴定、结构测定及其应用研究；以研究反应机理为重点的物理有机化学；有机合成。有机合成的目的：证明分子结构；为工业提供具有各种性能的分子；为理论工作提供具有各种特殊性能的分子。113有机合成基础

213有机合成基础

13.1逆向合成分析(RetrosyntheticAnalysis)有机合成的基点：基本有机反应；合成设计和策略。逆向合成分析也称反合成分析，是有机合成的逆向思维法，为有机合成提供简捷合理的合成路线。特定目标分子(TargetMolecule)的合成设计过程：

第一步是对整个分子的结构特征和已知的理化性质进行收集、考察，这样可以简化合成的问题以及避免不必要的弯路；第二步是以上述分析为基础，一步一步倒推出合成此目标化合物的各种路线和可能的起始原料，建立合成树，这也称为逆向合成(Retrosynthesis)；第三步是在上述两步的基础上从合成方向进行检查，增加试剂和反应条件，对合成树进行剪裁、取舍，选择最好的路线进行合成。近代有机合成的特征：合成反应的选择性，包括化学选择性、区域选择性和立体选择性；设计并发现了许多高度选择性的合成反应，尤其是立体选择中的对映选择反应；有机合成设计方法的进步，使合成路线更加合理、更加巧妙。313.1逆向合成分析13.1.1切断的选择方法将分子切断成简单易得的原料，可采用下列两种方法：1、在接近分子的中央处进行切断，使其断裂成合理的两部分413.1逆向合成分析13.1.1切断的选择方法2、在支化点处进行切断。合成：一个环和一条链之间的连接处常常是个支化点，通常是切断处。例如：合成：513.1逆向合成分析13.1.1切断的选择方法3、利用目标分子的对称性进行切断，使之切断为简单易得的原料。合成：对称炔烃：对称醇：合成：613.1逆向合成分析13.1.1切断的选择方法环状对称醚可切断为对称二醇，对称二醇可切断为对称酯。例如：合成：713.1逆向合成分析13.1.2芳环上取代基切断顺序1、考察取代基间的相互关系，寻找能实现正确定位的途径。例如：合成b法切断是错误：异丙基是邻对位定位基，乙酰基是间位定位基，异丙基与乙酰基处于对位。813.1逆向合成分析13.1.2芳环上取代基切断顺序2、在定位规则许可下，最先切断最具吸电子性基团(即这个基团最后引入)。例如：合成：913.1逆向合成分析13.1.2芳环上取代基切断顺序3、官能团转化可能会改变基团的定位效应。另一个取代基应在官能团转化前或之后导入。例如：合成：间硝基苯甲酸中－NO2与－CO2H为间位关系，故甲苯先氧化，后硝化。合成：1013.1逆向合成分析13.1.2芳环上取代基切断顺序4、许多基团，特别是一般方法难导入的基团(如－CN，－F，－I等)可通过重氮盐导入。例如：合成：1113.1逆向合成分析13.1.2芳环上取代基切断顺序5、在芳环上引入－NO2(或－NH2)，在－NO2(或－NH2)定位作用下或占据某一位置后，导入其它基团，然后通过重氮盐可将－NO2(或－NH2)除去。例如：合成：1213.1逆向合成分析13.1.2芳环上取代基切断顺序6、找出难导入的取代基，使用含这些取代基的起始原料。例如：1313.1逆向合成分析13.1.3切断实例1413.1逆向合成分析13.1.3切断实例1513.1逆向合成分析13.1.3切断实例1613.1逆向合成分析维生素A的逆向合成分析1713.2

碳骨架13.2.1碳链的增长碳亲核试剂与碳亲电试剂反应形成碳-碳键，则增长了分子碳链。

碳链的增长主要通过离子型反应实现。碳亲核试剂(碳负离子或潜在的碳负离子)有：碳亲电试剂(潜在的碳正离子或正电性的碳)有：1813.2

碳骨架13.2.1碳链的增长

增加两个或两个以上碳原子的方法很多，用得比较多的有：增加一个碳原子的方法主要有以下几种：1913.2

碳骨架13.2.1碳链的增长

2013.2

碳骨架13.2.1碳链的增长例如：乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯碳负离子的一系列反应。2113.2

碳骨架13.2.1碳链的增长

例如：合成逆向合成分析：合成：2213.2

碳骨架13.2.2碳链的减短

在有些官能团连接处或官能团附近断裂碳-碳键较容易。常见的减短碳链的方法如下：2313.2

碳骨架13.2.3改变碳骨架

有些有机化合物在一定条件下发生重排等反应，改变分子中碳骨架。例如：2413.2

碳骨架13.2.4碳环的合成

13.2.4.1小环的合成2513.2

碳骨架13.2.4碳环的合成

13.2.4.2螺环化合物合成从起始原料1,3-二溴丙烷与丙二酸二乙酯出发合成目标化合物：丙二酸二乙酯通常是合成螺环化合物的较理想的试剂。如合成逆向合成分析：2613.2

碳骨架13.2.4碳环的合成

13.2.4.3五、六员环化合物合成Diels-Alder反应是构建六员环的重要方法：分子内羟醛缩合反应和分子内酯缩合反应也是构建五、六员环的常用方法：2713.2

碳骨架13.2.4碳环的合成

13.2.4.4并联六员环的合成（在六员环上并联另一个六员环）在苯环上并联另一个六员环，可通过苯及其衍生物与合适的酰基化试剂反应得到。例如：环己酮类化合物与α,β-不饱和酮发生Michael加成反应，接着发生羟醛缩合反应是向六员环上并联另一个六员环的重要方法：2813.3

官能团13.3.1官能团的互相转化

13.3.1.1通过取代反应完成官能团的互相转化取代反应是完成官能团互相转化的重要方法。例如：2913.3

官能团13.3.1官能团的互相转化

13.3.1.2通过还原反应完成官能团的互相转化1、催化加氢在催化剂存在下，有些化合物与H2反应转化为其它类型化合物一些催化加氢反应反应物还原产物一般性催化剂典型反应条件PdCaCO3-Pb(OAc)4或BaSO4-喹啉，室温、低压Pd喹啉、常温、常压Ni,Rh50~100℃，高压Pt,Ru酸催化，室温、低压Pd,Ni,Pt常温、低压Pt,Pd酸催化、室温、低压，反应较慢Cu-Cr,Ni200℃，高压Cu-Cr反应条件苛刻Pd,Ni,Ru反应条件苛刻3013.3

官能团13.3.1官能团的互相转化

乙硼烷主要用于还原羧酸和酰胺。13.3.1.2通过还原反应完成官能团的互相转化2、络合氢化物还原LiAlH4还原能力强，能还原许多化合物。NaBH4一般只迅速还原醛酮为醇。3113.3

官能团13.3.1官能团的互相转化

13.3.1.3通过氧化反应完成官能团的相互转化烯烃、炔烃、醇、醛等被氧化为其它类型化合物。3213.3

官能团13.3.1官能团的互相转化

13.3.1.3通过氧化反应完成官能团的相互转化3313.3

官能团13.3.1官能团的互相转化

邻二卤代烃在锌粉作用下脱卤得到烯烃。13.3.1.4通过消除反应完成官能团的相互转化卤代烃、醇、季铵盐、氧化叔胺、乙酸酯、硫代羧酸酯、黄原酸酯发生消除反应转化为烯烃X反应条件反应方式产物Cl,Br,IKOH,EtOH,加热与反应物结构有关与反应物结构有关OHH+,加热

查依采夫产物＋N(CH3)3－OH加热反式消除霍夫曼产物加热顺式消除霍夫曼产物加热顺式消除霍夫曼产物加热顺式消除霍夫曼产物3413.3

官能团13.3.2官能团的引入烷烃中引入官能团产物比较复杂，仿生催化使烷烃氧化为醇和酮。在已有官能团化合物邻近引入新官能团较容易。3513.3

官能团13.3.3官能团的除去

一些常见官能团的除去方法：3613.3

官能团13.3.4官能团的保护理想的保护基应当要符合三个方面的要求：1、

易于与被保护基团反应；2、

保护基团必须经受得住在保护阶段的各种反应条件；3、

保护基团易于离去。常见官能团的保护及去保护方法如下：3713.3

官能团13.3.4官能团的保护常见官能团的保护及去保护方法如下：3813.3

官能团13.3.4官能团的保护例：由合成为了使对位不被硝化，采取保护对位之后硝化，最后脱去保护基。例：由合成逆向合成分析：不能存在，因为－OH可以分解格氏试剂，所以必须采取保护措施。合成：3913.3

官能团13.3.4官能团的保护合成例：由伯醇羟基转化为羧基的同时，仲醇羟基也会被氧化，必须保护仲羟基。4013.3

官能团13.3.5选择性反应和导向反应的利用不对称烯烃与HBr反应（马氏产物，反马氏产物）；消除反应（查依采夫产物，霍夫曼产物）；芳烃的定位规则；烯烃转化为醇（H2SO4加水法和(BH3)2化）；氧化法所引入的位置完全不同；碳碳双键与碳碳叁键有不同反应活性；NaBH4一般只迅速还原醛酮，其它基团不受明显影响；催化加氢可使碳碳双键，碳碳叁键，碳氮叁键加氢，但不影响羰基及苯环；醇的酯化反应速度大小次序为1°ROH>2°ROH>3°ROH，一般条件下叔醇不能酯化；羰基化合物与亲核试剂反应的活性大小次序为：选择性反应：通过控制反应条件或根据官能团的活性差异及试剂活性差异，使反应主要在某一部位发生。常见的选择性反应：例如：4113.3

官能团13.3.5选择性反应和导向反应的利用导向反应：在化合物一定部位先引入一个基团，使某一位置或活化、或钝化、或占据一定的位置以增加反应的选择性，反应完毕后再将该基团除去。活化导向：钝化导向：4213.3

官能团13.3.5选择性反应和导向反应的利用占据一定位置以增加反应选择性：例如：由环己烯合成新引入的六员环中的双键，对转变六员环为五员环是一个潜在的官能团。引入潜在官能团：一个暂时对反应无用的官能团，而这个官能团既有利于前面的官能团，又在后面的反应中起作用，这样的官能团称为潜在官能团。43*13.4

立体构型已学过的具有立体选择性的反应(1)

卤代烷的SN2取代反应和E2消除反应还有季铵碱受热反式消除；氧化叔胺、乙酸酯、硫代乙酸酯、黄原酸酯受热顺式消除等。(2)

炔烃加氢(构型翻转)反式消除44*13.4

立体构型已学过的具有立体选择性的反应(3)烯烃的氧化与加成(4)Diels-Alder顺式环加成反应(