高一化学有机合成.ppt

1、有机合成化学课程介绍,有机合成化学是有机化学的重要组成部分和有机化学工业的基础，在化学学科中占有独特的核心地位。有机合成的基础是各种各样的基元合成反应，即有机化合物中碳碳键的形成、断裂和重组以及官能团之间的转换。有机合成化学课的目的就是对有机化学中的基本反应进行系统的知识梳理，在此基础上介绍一些有机合成的分析方法、有机合成过程中的合成策略和技巧，从而使学生能够根据所学知识对目标化合物分子进行反合成分析，设计合理的合成路线，并进行相关的合成实验，最终得到需要的目标化合物。,有机合成化学参考书,有机合成化学 王玉炉 主编 科学出版社 现代有机合成方法与技术 薛永强等 编著 化学工业出版社 有机合成

2、化学 陈继畴等 编著 甘肃教育出版社 有机合成 黄培强等 编著 高等教育出版社 有机合成化学与路线设计 巨 勇等 编著 清华大学出版社 有机合成反应 王葆仁 主编 科学出版社,第一章 绪 论,一、有机合成化学的发展历史及其定义,1828年德国科学家韦勒成功地从氰酸铵合成了尿素，揭开了有机合成的序幕。迄今为止，有机合成化学历经了180多年的发展历史。有机合成的历史可分为第二次世界大战之前的初创期和第二次世界大战后的辉煌期。,第一阶段 有机合成主要是围绕以煤焦油为原料的染料和药物等的合成工业。 1856年 霍夫曼发现苯胺紫，威廉姆斯发现箐染料； 1890年 费歇尔合成六碳糖的各种异构体以及嘌呤等杂

3、环化合物； 1878年 拜耳合成了有机染料靛蓝； 1903年 德国化学家维尔斯泰特经20多步第一次完成颠茄酮的合成； 1917年 鲁滨逊采用全新、简洁的合成方法得到了颠茄酮。,二战结束到20世纪末，有机合成进入空前发展的辉煌时期。这一阶段又分为50-60年代的Woodward艺术期、70-80年代的Corey的科学与艺术的融合期和90年代以来的化学生物学3个时期。,美国化学家R. B. Woodward是艺术期的杰出代表，也是目前为止最杰出的合成化学大师之一。重要贡献：奎宁、生物碱类(如马钱子碱、麦角新碱、利血平)、甾体化合物(如胆固醇、皮质酮、黄体酮、羊毛甾醇)、抗生素(如青霉素、四环素、红

4、霉素、维生素B12等)。,从20世纪70年代开始天然产物的全合成超越艺术进入科学与艺术的融合期，合成化学家开始总结有机合成的规律和有机合成设计等问题。E. J. Corey提出著名的反合成分析法。运用这种方法在天然产物的全合成中取得重大成就，包括银杏内酯、大环内酯如红霉素、前列腺素类化合物以及白三烯类化合物的合成。,时至20世纪90年代，完成的最复杂分子的合成当属Kishi小组的海葵毒素的全合成。海葵毒素含有129个碳原子、64个手性中心和7个骨架内双键，可能的异构体达271之多。合成化学家把合成化学与探索生命奥秘联系起来，更多地从事生物活性的目标分子的合成，尤其是那些具有高生物活性和药用前景

5、的分子，例如免疫抑制剂FK506、抗癌物质紫杉醇等的合成。,随着社会的发展和人们环境意识的提高，绿色合成的兴起对有机合成化学提出了更高的要求，同时也不断赋予它新的内容。,1991年Trost提出了原子经济学说，其定义为：“反应物的原子数目最大限度地进入产物”。如合成环氧乙烷有两种途径：后者不仅符合原子经济学说，也符合绿色合成要求。,1996年美国斯坦福大学Wender教授对理想的合成提出了完整的定义：“一种理想的(最终是实效的)合成是指用简单的、安全的、环境友好的、资源有效地操作，快速定量地把价廉、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。”,二、有机合成化学的任务 1. 为科学技术的发展、社

6、会进步、改善人们的物质文明生活提供具有各种性能的分子，并建立有效地生产方法。 例如1987年美国Nielsen首次合成的六硝基六氮杂异伍兹烷是当前密度和能量水平最高的高能量化合物，被誉为明天的高能炸药、,2. 为理论工作者提供多种特殊性能的分子，以验证和发展新的理论。 分子轨道对称守恒原理、反合成分析法二茂铁的夹心结构等理论都是在合成过程中探索出来，并加以验证的。,3. 将天然存在的有机物转化为我们需要的有机物。,查阅文献：这是进行有机合成的首要工作。通过认真、细致地查阅文献，弄清楚被研究课题的研究进展，借鉴前人的研究成果，帮助我们设计合成路线等。 设计合成路线：在查阅文献的基础上，对所获得的

7、资料认真分析研究，制定合理的合成路线，通常采用反合成分析法。 实验：实验是检验合成路线正确与否的唯一检验标准。在实验过程中应注意采用新技术、新方法。 总结：将研究成果以科学的态度和方法再分析研究，归纳整理以文字形式表达出来。,三、有机合成化学的研究方法,利用新的试剂或技术发现新的反应类型或改善提高现有反应，是从方法学上发展有机合成的重要途径。寻找高选择性试剂和反应已成为有机合成化学最重要的研究课题之一。 不对称合成领域，包括反应底物手性诱导的反应、化学计量手性试剂的不对称反应、不对称催化反应等。 复杂有机分子的合成，包括天然界或结构化学家设计的分子，它们的合成体现有机合成化学的水平。 光化学反

8、应和有机电化学合成也是当前的研究热点。 相转移催化技术、微波、超声合成和固相有机合成等新技术的应用。,四、有机合成化学的研究现状,五、反合成分析法的基本概念 1. 切断：将目标分子中的化学键切断，使分子转化为合成所用的原料。,2. 合成子：也称合成元，是指切断目标分子化学键后所得到的带有电荷的分子碎片。,合成子,合成等价剂,3. 合成等价剂：与合成子相对应的具有相同功能的稳定化合物。,4. 官能团转化：在不改变分子骨架的前提下改变官能团的类型或位置。 一般包括官能团互变、官能团添加、官能团消除三种方式。,官能团消除,官能团互变,官能团添加,反合成分析方法举例：,三种切断都合理，其中(b)方法更

9、合适，所用的原料简单易得。,例：合成,第二章 碳-碳键的形成：金属有机化合物作为试剂,有机合成试剂包括元素有机试剂、金属有机试剂、过渡金属有机试剂以及稀土金属有机试剂等。它们具有许多特殊的反应性能，对于它们的研究、开发和利用是当代有机合成的一个特征。它们改变了传统的有机合成，促进了有机合成化学理论和实践的发展。其中金属有机试剂是一类重要的有机合成试剂，广泛应用在有机合成中。常用的主要包括有机镁试剂、有机锂试剂、有机铜试剂、有机锌试剂等。,一、有机镁化合物,1. 格式试剂的制备：卤代烃与金属镁在醚类溶剂中反应制得,2. 格氏试剂的合成应用 格式试剂是一个亲核试剂，形成碳碳键的反应可分为亲核取代和

10、亲核加成反应。,1) 烃化反应：格氏试剂与卤代烃、磺酸酯等化合物发生反应，生成烃类化合物。,2) 与含氮杂环化合物(吡啶、喹啉、异喹啉)的反应,例如：,含有卤素的醇类化合物与两分子格氏试剂反应，可制备碳链增长的醇类物质。,3) 与羰基化合物的亲核加成反应,格氏试剂与醛、酮反应，可制备各种醇类物质，还可以与羧酸及其衍生物、二氧化碳反应。反应式如下图所示：,格氏试剂与，-不饱和羰基化合物的作用方式取决于，-不饱和羰基化合物的结构。格氏试剂与，-不饱和醛一般发生1，2-加成，生成不饱和醇。例如：,若，-不饱和酮分子中与羰基相连的烃基具有较大的空间位阻效应，则与格氏试剂主要发生1，4-加成反应。例如：

11、,含有乙烯基和乙炔基的格氏试剂是合成烯丙醇和炔丙醇的重要合成中间体。例如：,格氏试剂与甲酸的叔酰胺、原甲酸酯反应，可以制备醛类化合物，双格氏试剂也可以制备环状酮类化合物。,二、有机锂化合物,有机锂化合物的制备：通过卤代烃与金属锂反应，活泼的有机锂宜用己烷、庚烷、苯为溶剂，不活泼的有机锂用乙醚作溶剂。难以形成的烃基锂需要用四氢呋喃、乙二醇二甲醚、丁醚作溶剂。例如：,有机锂化合物和格氏试剂有许多相似之处，其反应活性比格氏试剂大，所以它在有机合成中具有特殊的性质，可以进行一些格氏试剂不能参与的化学反应。,有些卤代烃不能直接与金属锂反应，通过锂卤交换来制备有机锂试剂,烃基锂与含酸性氢的烃类反应锂氢交换

12、,2. 有机锂试剂的合成应用,1) 亲核加成反应：有机锂试剂的亲核性比格氏试剂强，格氏试剂的亲核加成反应，有机锂试剂都能进行，且更加有效。由于有机锂活性高、立体位阻小，所以还能完成格氏试剂不能进行的反应。例如：,有机锂试剂与甲酰胺反应制备醛具有合成意义。例如：,与格氏试剂不同，有机锂试剂与，-不饱和酮反应时，1，2-加成产物为主。,有机锂试剂与二氧化碳的反应最终产物是酮，反应过程中有机锂试剂与第一步反应生成的羧酸根负离子发生亲核加成。,2) 亲核取代反应：有机锂试剂可与吡啶、卤代烃发生反应，得到相应的产物。例如：,例如：利用有机锂试剂可以合成内酯化合物,三、有机锌化合物,有机锌试剂的亲核活性比

13、格氏试剂小，因而属于选择性强的试剂。,1. Reformatsky反应,-溴代酸酯与醛或酮在金属锌粉存在下发生反应，得到-羟基酸酯。,如果是，-不饱和羰基化合物，则发生共轭加成。例如：,2. 在锌铜存在下，二碘甲烷与烯烃反应生成环丙烷及取代的环丙烷。,该反应是通过卡宾络合物完成的，反应具有立体选择性，得到顺式加成产物。,四、有机铜化合物,有机铜试剂的制备 其合成方法主要是利用有机金属化合物与卤化亚铜的交换反应制得。有机锂化合物与CuI氮气下在乙醚中反应可制得有机铜(I)试剂。运用这种方法，芳基、烯基、伯烷基的有机铜试剂都很容易制备。,有机铜试剂包括烃基铜(RCu)和二烃基铜锂(R2CuLi)，二烃基铜锂(R2CuLi)是一种双金属络合物，由于它的溶解性好，活性高，选择性高，因此在有机合成中最常用的有机合成试剂。,2. 有机铜试剂的合成应用,亲核取代反应 有机铜试剂可与卤代烃、酰卤发生反应，卤素被烃基取代，具有很好的选择性，不与羟基、羰基、酯基、氨基发生反应。,炔铜化合物可与芳卤、乙烯基