小组成员李玉和姚艺腾古志福幻灯片课件

专题总结：有机物合成线路设计小组成员：李玉和姚艺腾古志福有机合成设计2.碳胳的切断与合成3.单官能团化合物的逆向合成分析4.双官能团化合物的逆向合成分析5.碳环化合物的合成6.立体构型的要求7.合成路线的选择8.绿色有机化学1.合成设计方法逆向合成分析原理 在科研中，若从天然产物中得到一个很有用的化合物，我们采取的一般步骤是纯化，确定其结构，若为一新化合物，我们就用人工已知、可靠的合成方法把它合成出来，以验证其结构。所以，有机合成路线设计是有机化学工作者必备的手段。合成路线的好坏，也反映出一个化学工作者的知识水平与能力。 有机化学合成路线设计方法通常是倒推法，也叫逆合成分析，包含逆向切断，逆向连接，逆向重排，逆向官能团变换合成设计的一般程序为：1．分析a．确认目标分子中的官能团。b．用已知和可靠的反应进行切断，逆向连接，逆向重排，逆向官能团变换c．必要时重复进行切断，直至达到易于取得的起始原料。2．合成a．根据分析，写出合成计划，加进试剂和条件；b．根据实验中遇到的失败和成功，修改计划；碳胳的切断与合成基本要求：1.分子碎片要有合适的试剂代替，并容易得到。2.要有合适的反应。（最好有合理的机理）3．切断时，不可能切断成两个近乎相等的分子碎片，有对称性时按对称性切开（目的：合成步骤少）。4．在没有合适的反应相对应时，回推到适当阶段，再切断。5．加入活化基团，帮助观察，切断，反应后脱去活化基团。6．加入保护基，反应后脱去。碳胳的形成——碳链的增长碳负离子的亲核取代：乙酰乙酸乙酯盐与丙二酸二乙酯盐与RX反应可的不同碳链机构的有机物。碳负离子对羰基的加成格氏试剂和有机锂对醛，酮的加成，是形成C-C键的常用方法，包括羟醛缩合和酯缩合，其中有克来森-施密特反应，柯诺瓦诺反应，和伯琴反应，以及在固定位置可引如双键的维蒂西反应碳链的缩短可以利用甲基酮的卤仿反应，酰胺的霍夫曼降级反应，和脱羧反应以及不饱和键的断裂得到碳原子数较少的化合物。卤仿反应CH3-CH(R)O+3NaOX--->CX3-C(R)HO+3NaOHCONH₂+NaOX+2NaOH——→R-NH₂+Na2CO₃+NaX+H2O霍夫曼降级反应单官能团化合物的合成1.ROH的合成路线2.R-Cl的形成3.Ar—OH的合成4.C—O—C的合成5.醛、酮的合成6.R-COOH的合成ROH的合成路线分析例试设计的合成路线OHPhPhCOOC2H5PhMgCl+2叔醇仲醇醇衍生物的切断R-Cl的形成Ar—OH的合成异丙苯氧化法;氯苯水解法；磺化碱熔法；重氮盐水解法。C—O—C的合成醛、酮的合成积二卤代烃水解烃的氧化醇的脱H或氧化羧酸的还原芳烃的酰基化乙酰乙酸乙酯合成酮类

α，β—羟酸的氧化脱羧

α—羟酸的水解R-COOH的合成腈的水解格氏试剂与CO2作用，水解醛、醇、取代芳烃烯烃的氧化水解羧酸衍生物的水解甲基酮的氧化（卤仿反应，少一个碳）丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯合成羧酸双官能团化合物合成1,3-二官能团化合物和α,β-不饱和羧基化合物。1,5-二羧基化合物1,2-二官能团化合物1,4-二官能团化合物1,6-二官能团化合物1,3-二官能团化合物和α,β-不饱和羧基化合物。1,5-二羧基化合物1,2-二官能团化合物1,4-二官能团化合物1,6-二官能团化合物碳环化合物的合成小环化合物五、六元环稠环芳烃小环化合物1.分子内的烷基化2.卡宾对烯的加成3.[2+2]环加成五、六元环⑴付-克酰基化⑵分子内羟酸缩合

(3).狄克曼反应（分子内酯缩合）主要用来合成五元环和六元环。⑷Diels-Alder反应（双烯合成）⑸麦克尔反应（Michael反应）稠环芳烃立体构型的要求１．获得顺式或反式产物２．环的骈联３．不对称合成１．获得顺式或反式产物烯烃：二醇：２．环的骈联由于α位有羰基，在碱催化下可以发生酮与烯醇式互变，并且并联的环反式比顺式稳定，可以利用这点，得到反应产物。３．不对称合成对于有机合成，除了在反应条件上要求尽量温和外，在选择性上也要求有化学选择性，区域选择性，立体选择性及对应选择性。特别是对映选择性，是人们努力奋斗的热点。可以说对映选择性的有机合成是对有机化学家创造能力的最好检验。实现对映选择性的合成，也就是手性合成，不对称合成问题。不对称合成是指在一个反应中使非手性的分子转变为手性分子，在产生的手性分子中，对映异构体的含量是不等量的。一般来说，实现不对称合成的途径有五个：⑴手性底物的诱导⑵手性辅助的诱导⑶手性试剂的控制⑷手性催化剂的控制⑸手性环境的影响,包括溶剂，相转移催化剂等以上各种途径都是利用底物或辅助物的手性，试剂或催化剂的手性。与反应物结合时，形成非对映异构的过渡态。于是对不同面的进攻产生差异，从而产生了反应的对映选择性。例１．铑催化的不对称氢化反应例２．钛催化的不对称环氧化反应这时Baker公司用以制备千毒蛾性引发剂的方法。1980年这种性引发剂每克售价高达一千英镑。而采用不对称合成法后，价格降至每克一百英镑。千毒蛾性引发剂（dispalure）的结构式为：林国强等从C11端开始利用sharpless不对称环氧化，同时进行了动力学拆分，而后直接利用铜锂试剂进行开环：这个方法使用于烯丙醇衍生物，用的试剂是叔丁基过氧化氢，四异丙氧基钛和酒石酸酯。这里的酒石酸酯是手性的来源。用天然的L－（＋）酒石酸酯和非天然的D－（－）酒石酸酯所得的环氧化物的构型是相反的。该法所用的试剂都是简单易得的，反应产率一般在80%左右，所得的e.e.值往往大于90％。这个方法可以同时引入两个手性中心。加上环氧环在开环以后可能有多种变化，因而，引起人们很大的重视，并在很多天然产物的合成中得到应用。这种方法只限于烯丙醇类的衍生物，对于一些没有相邻的羟甲基的烯烃化合物，e.e.值是不高的。合成路线的选择要求：（1）原料易得； （2）产率高，副反应少，易纯化； （3）步骤少； （4）操作方便、安全。例17：由苯合成苯乙酮。绿色有机合成1.原子经济性2.环境友好溶剂3.环境友好的催化反应4.利用可再生资源1.原子经济性 原子经济性的概念是1991年美国著名有机化学家Trost提出的，他以原子利用率衡量反应的原子经济性：

原子利用率=（预期产物的分子量／反应物质的原子量总和)×100%

原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。

在一般的有机合成反应中：

A

+

B

=

C

+

D

主产物副产物

反应产生的副产物D往往是废物，因此可成为环境的污染源。

绿色有机合成应该是原子经济性的，即原料的原子100%转化成产物，不产生废弃物。如Diels-Alder反应就是一个原子经济性的反应：

原子利用率=[82／(28+54)]×100%=100%

2.环境友好溶剂有机溶剂由于挥发性大、毒性大而成为有机合成工业的主要污染源，环境友好的有机合成应该尽量不用或少用有机溶剂。

例如超临界CO2作溶剂

超临界流体是指处于超临界温度及压力下的流体，它介于气态和液态之间，密度接近于液体而粘度与扩散系数接近于气体，因而在萃取、分离、重结晶及合成反应中表现出特有的优越性。超临界CO2尤以临界温度及压力适中、无腐蚀、不燃烧、廉价无毒而得到广泛应用。

非对称烯烃加氢时得到一对旋光对映异构体，而合成的目标只是其中一个。临床上，旋光性药物往往一种对映体有效，另一种无效甚至有毒。所以，合成出消旋的药物不但原子利用率低，而且由于对映体的物理、化学性质非常接近，其分离、提纯非常困难。由此，旋光选择性在制药工业中显得特别重要。

Burk小组以超临界CO2作溶剂，提高不对称氢化的选择性。

3.环境友好的催化反应在有机合成中应用有效的催化剂是实现环境友好的重要方面。钛硅分子筛催化剂以及化学修饰的无机介孔材料，由于具有良好的热稳定性而成为新研究热点。

如环氧丙烷的生产，传统工艺为：反应不仅以有毒的氯气为原料，而且还伴生大量的氯化钙废水。

以钛硅分子筛为催化剂，丙烯与H2O2可经一步反应生成环氧丙烷：

由于生成的副产物是水，因此不会污染环境。

今天，95%以上的有机化学品来自石油，但是，地球上的煤和石油是有限的和不可再生的。因此，如何利用生物质为原料生产人类需要的化学品就成为绿色有机合成的战略任务。

很久以前，人类就懂得用淀粉发酵制酒，这是最古老的以生物质为原料的合成。地球上最多的生物质是木质纤维素，如农作物的稻杆、麦杆、高粱杆、玉米杆等，单中国每年就有15亿吨，其中除少量用于造纸外，大部分都烧掉，既污染环境又造成浪费。如果能把它们转化成化学品，可制取2～3亿吨乙醇、