有機(jī)化學(xué)課件(邢其毅)-第13章

13有機(jī)合成基礎(chǔ)

有機(jī)化學(xué)的領(lǐng)域：具有生理活性天然產(chǎn)物的分離、鑒定、結(jié)構(gòu)測(cè)定及其應(yīng)用研究；以研究反應(yīng)機(jī)理為重點(diǎn)的物理有機(jī)化學(xué)；有機(jī)合成。有機(jī)合成的目的：證明分子結(jié)構(gòu)；為工業(yè)提供具有各種性能的分子；為理論工作提供具有各種特殊性能的分子。113有機(jī)合成基礎(chǔ)

213有機(jī)合成基礎(chǔ)

13.1逆向合成分析(RetrosyntheticAnalysis)有機(jī)合成的基點(diǎn)：基本有機(jī)反應(yīng)；合成設(shè)計(jì)和策略。逆向合成分析也稱反合成分析，是有機(jī)合成的逆向思維法，為有機(jī)合成提供簡(jiǎn)捷合理的合成路線。特定目標(biāo)分子(TargetMolecule)的合成設(shè)計(jì)過(guò)程：

第一步是對(duì)整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)特征和已知的理化性質(zhì)進(jìn)行收集、考察，這樣可以簡(jiǎn)化合成的問(wèn)題以及避免不必要的彎路；第二步是以上述分析為基礎(chǔ)，一步一步倒推出合成此目標(biāo)化合物的各種路線和可能的起始原料，建立合成樹(shù)，這也稱為逆向合成(Retrosynthesis)；第三步是在上述兩步的基礎(chǔ)上從合成方向進(jìn)行檢查，增加試劑和反應(yīng)條件，對(duì)合成樹(shù)進(jìn)行剪裁、取舍，選擇最好的路線進(jìn)行合成。近代有機(jī)合成的特征：合成反應(yīng)的選擇性，包括化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性和立體選擇性；設(shè)計(jì)并發(fā)現(xiàn)了許多高度選擇性的合成反應(yīng)，尤其是立體選擇中的對(duì)映選擇反應(yīng)；有機(jī)合成設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步，使合成路線更加合理、更加巧妙。313.1逆向合成分析13.1.1切斷的選擇方法將分子切斷成簡(jiǎn)單易得的原料，可采用下列兩種方法：1、在接近分子的中央處進(jìn)行切斷，使其斷裂成合理的兩部分413.1逆向合成分析13.1.1切斷的選擇方法2、在支化點(diǎn)處進(jìn)行切斷。合成：一個(gè)環(huán)和一條鏈之間的連接處常常是個(gè)支化點(diǎn)，通常是切斷處。例如：合成：513.1逆向合成分析13.1.1切斷的選擇方法3、利用目標(biāo)分子的對(duì)稱性進(jìn)行切斷，使之切斷為簡(jiǎn)單易得的原料。合成：對(duì)稱炔烴：對(duì)稱醇：合成：613.1逆向合成分析13.1.1切斷的選擇方法環(huán)狀對(duì)稱醚可切斷為對(duì)稱二醇，對(duì)稱二醇可切斷為對(duì)稱酯。例如：合成：713.1逆向合成分析13.1.2芳環(huán)上取代基切斷順序1、考察取代基間的相互關(guān)系，尋找能實(shí)現(xiàn)正確定位的途徑。例如：合成b法切斷是錯(cuò)誤：異丙基是鄰對(duì)位定位基，乙酰基是間位定位基，異丙基與乙酰基處于對(duì)位。813.1逆向合成分析13.1.2芳環(huán)上取代基切斷順序2、在定位規(guī)則許可下，最先切斷最具吸電子性基團(tuán)(即這個(gè)基團(tuán)最后引入)。例如：合成：913.1逆向合成分析13.1.2芳環(huán)上取代基切斷順序3、官能團(tuán)轉(zhuǎn)化可能會(huì)改變基團(tuán)的定位效應(yīng)。另一個(gè)取代基應(yīng)在官能團(tuán)轉(zhuǎn)化前或之后導(dǎo)入。例如：合成：間硝基苯甲酸中－NO2與－CO2H為間位關(guān)系，故甲苯先氧化，后硝化。合成：1013.1逆向合成分析13.1.2芳環(huán)上取代基切斷順序4、許多基團(tuán)，特別是一般方法難導(dǎo)入的基團(tuán)(如－CN，－F，－I等)可通過(guò)重氮鹽導(dǎo)入。例如：合成：1113.1逆向合成分析13.1.2芳環(huán)上取代基切斷順序5、在芳環(huán)上引入－NO2(或－NH2)，在－NO2(或－NH2)定位作用下或占據(jù)某一位置后，導(dǎo)入其它基團(tuán)，然后通過(guò)重氮鹽可將－NO2(或－NH2)除去。例如：合成：1213.1逆向合成分析13.1.2芳環(huán)上取代基切斷順序6、找出難導(dǎo)入的取代基，使用含這些取代基的起始原料。例如：1313.1逆向合成分析13.1.3切斷實(shí)例1413.1逆向合成分析13.1.3切斷實(shí)例1513.1逆向合成分析13.1.3切斷實(shí)例1613.1逆向合成分析維生素A的逆向合成分析1713.2

碳骨架13.2.1碳鏈的增長(zhǎng)碳親核試劑與碳親電試劑反應(yīng)形成碳-碳鍵，則增長(zhǎng)了分子碳鏈。

碳鏈的增長(zhǎng)主要通過(guò)離子型反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。碳親核試劑(碳負(fù)離子或潛在的碳負(fù)離子)有：碳親電試劑(潛在的碳正離子或正電性的碳)有：1813.2

碳骨架13.2.1碳鏈的增長(zhǎng)

增加兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子的方法很多，用得比較多的有：增加一個(gè)碳原子的方法主要有以下幾種：1913.2

碳骨架13.2.1碳鏈的增長(zhǎng)

2013.2

碳骨架13.2.1碳鏈的增長(zhǎng)例如：乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯碳負(fù)離子的一系列反應(yīng)。2113.2

碳骨架13.2.1碳鏈的增長(zhǎng)

例如：合成逆向合成分析：合成：2213.2

碳骨架13.2.2碳鏈的減短

在有些官能團(tuán)連接處或官能團(tuán)附近斷裂碳-碳鍵較容易。常見(jiàn)的減短碳鏈的方法如下：2313.2

碳骨架13.2.3改變碳骨架

有些有機(jī)化合物在一定條件下發(fā)生重排等反應(yīng)，改變分子中碳骨架。例如：2413.2

碳骨架13.2.4碳環(huán)的合成

13.2.4.1小環(huán)的合成2513.2

碳骨架13.2.4碳環(huán)的合成

13.2.4.2螺環(huán)化合物合成從起始原料1,3-二溴丙烷與丙二酸二乙酯出發(fā)合成目標(biāo)化合物：丙二酸二乙酯通常是合成螺環(huán)化合物的較理想的試劑。如合成逆向合成分析：2613.2

碳骨架13.2.4碳環(huán)的合成

13.2.4.3五、六員環(huán)化合物合成Diels-Alder反應(yīng)是構(gòu)建六員環(huán)的重要方法：分子內(nèi)羥醛縮合反應(yīng)和分子內(nèi)酯縮合反應(yīng)也是構(gòu)建五、六員環(huán)的常用方法：2713.2

碳骨架13.2.4碳環(huán)的合成

13.2.4.4并聯(lián)六員環(huán)的合成（在六員環(huán)上并聯(lián)另一個(gè)六員環(huán)）在苯環(huán)上并聯(lián)另一個(gè)六員環(huán)，可通過(guò)苯及其衍生物與合適的?；噭┓磻?yīng)得到。例如：環(huán)己酮類化合物與α,β-不飽和酮發(fā)生Michael加成反應(yīng)，接著發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)是向六員環(huán)上并聯(lián)另一個(gè)六員環(huán)的重要方法：2813.3

官能團(tuán)13.3.1官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化

13.3.1.1通過(guò)取代反應(yīng)完成官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化取代反應(yīng)是完成官能團(tuán)互相轉(zhuǎn)化的重要方法。例如：2913.3

官能團(tuán)13.3.1官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化

13.3.1.2通過(guò)還原反應(yīng)完成官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化1、催化加氫在催化劑存在下，有些化合物與H2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其它類型化合物一些催化加氫反應(yīng)反應(yīng)物還原產(chǎn)物一般性催化劑典型反應(yīng)條件PdCaCO3-Pb(OAc)4或BaSO4-喹啉，室溫、低壓Pd喹啉、常溫、常壓Ni,Rh50~100℃，高壓Pt,Ru酸催化，室溫、低壓Pd,Ni,Pt常溫、低壓Pt,Pd酸催化、室溫、低壓，反應(yīng)較慢Cu-Cr,Ni200℃，高壓Cu-Cr反應(yīng)條件苛刻Pd,Ni,Ru反應(yīng)條件苛刻3013.3

官能團(tuán)13.3.1官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化

乙硼烷主要用于還原羧酸和酰胺。13.3.1.2通過(guò)還原反應(yīng)完成官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化2、絡(luò)合氫化物還原LiAlH4還原能力強(qiáng)，能還原許多化合物。NaBH4一般只迅速還原醛酮為醇。3113.3

官能團(tuán)13.3.1官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化

13.3.1.3通過(guò)氧化反應(yīng)完成官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化烯烴、炔烴、醇、醛等被氧化為其它類型化合物。3213.3

官能團(tuán)13.3.1官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化

13.3.1.3通過(guò)氧化反應(yīng)完成官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化3313.3

官能團(tuán)13.3.1官能團(tuán)的互相轉(zhuǎn)化

鄰二鹵代烴在鋅粉作用下脫鹵得到烯烴。13.3.1.4通過(guò)消除反應(yīng)完成官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化鹵代烴、醇、季銨鹽、氧化叔胺、乙酸酯、硫代羧酸酯、黃原酸酯發(fā)生消除反應(yīng)轉(zhuǎn)化為烯烴X反應(yīng)條件反應(yīng)方式產(chǎn)物Cl,Br,IKOH,EtOH,加熱與反應(yīng)物結(jié)構(gòu)有關(guān)與反應(yīng)物結(jié)構(gòu)有關(guān)OHH+,加熱

查依采夫產(chǎn)物＋N(CH3)3－OH加熱反式消除霍夫曼產(chǎn)物加熱順式消除霍夫曼產(chǎn)物加熱順式消除霍夫曼產(chǎn)物加熱順式消除霍夫曼產(chǎn)物3413.3

官能團(tuán)13.3.2官能團(tuán)的引入烷烴中引入官能團(tuán)產(chǎn)物比較復(fù)雜，仿生催化使烷烴氧化為醇和酮。在已有官能團(tuán)化合物鄰近引入新官能團(tuán)較容易。3513.3

官能團(tuán)13.3.3官能團(tuán)的除去

一些常見(jiàn)官能團(tuán)的除去方法：3613.3

官能團(tuán)13.3.4官能團(tuán)的保護(hù)理想的保護(hù)基應(yīng)當(dāng)要符合三個(gè)方面的要求：1、

易于與被保護(hù)基團(tuán)反應(yīng)；2、

保護(hù)基團(tuán)必須經(jīng)受得住在保護(hù)階段的各種反應(yīng)條件；3、

保護(hù)基團(tuán)易于離去。常見(jiàn)官能團(tuán)的保護(hù)及去保護(hù)方法如下：3713.3

官能團(tuán)13.3.4官能團(tuán)的保護(hù)常見(jiàn)官能團(tuán)的保護(hù)及去保護(hù)方法如下：3813.3

官能團(tuán)13.3.4官能團(tuán)的保護(hù)例：由合成為了使對(duì)位不被硝化，采取保護(hù)對(duì)位之后硝化，最后脫去保護(hù)基。例：由合成逆向合成分析：不能存在，因?yàn)椋璒H可以分解格氏試劑，所以必須采取保護(hù)措施。合成：3913.3

官能團(tuán)13.3.4官能團(tuán)的保護(hù)合成例：由伯醇羥基轉(zhuǎn)化為羧基的同時(shí)，仲醇羥基也會(huì)被氧化，必須保護(hù)仲羥基。4013.3

官能團(tuán)13.3.5選擇性反應(yīng)和導(dǎo)向反應(yīng)的利用不對(duì)稱烯烴與HBr反應(yīng)（馬氏產(chǎn)物，反馬氏產(chǎn)物）；消除反應(yīng)（查依采夫產(chǎn)物，霍夫曼產(chǎn)物）；芳烴的定位規(guī)則；烯烴轉(zhuǎn)化為醇（H2SO4加水法和(BH3)2化）；氧化法所引入的位置完全不同；碳碳雙鍵與碳碳叁鍵有不同反應(yīng)活性；NaBH4一般只迅速還原醛酮，其它基團(tuán)不受明顯影響；催化加氫可使碳碳雙鍵，碳碳叁鍵，碳氮叁鍵加氫，但不影響羰基及苯環(huán)；醇的酯化反應(yīng)速度大小次序?yàn)?°ROH>2°ROH>3°ROH，一般條件下叔醇不能酯化；羰基化合物與親核試劑反應(yīng)的活性大小次序?yàn)椋哼x擇性反應(yīng)：通過(guò)控制反應(yīng)條件或根據(jù)官能團(tuán)的活性差異及試劑活性差異，使反應(yīng)主要在某一部位發(fā)生。常見(jiàn)的選擇性反應(yīng)：例如：4113.3

官能團(tuán)13.3.5選擇性反應(yīng)和導(dǎo)向反應(yīng)的利用導(dǎo)向反應(yīng)：在化合物一定部位先引入一個(gè)基團(tuán)，使某一位置或活化、或鈍化、或占據(jù)一定的位置以增加反應(yīng)的選擇性，反應(yīng)完畢后再將該基團(tuán)除去?；罨瘜?dǎo)向：鈍化導(dǎo)向：4213.3

官能團(tuán)13.3.5選擇性反應(yīng)和導(dǎo)向反應(yīng)的利用占據(jù)一定位置以增加反應(yīng)選擇性：例如：由環(huán)己烯合成新引入的六員環(huán)中的雙鍵，對(duì)轉(zhuǎn)變六員環(huán)為五員環(huán)是一個(gè)潛在的官能團(tuán)。引入潛在官能團(tuán)：一個(gè)暫時(shí)對(duì)反應(yīng)無(wú)用的官能團(tuán)，而這個(gè)官能團(tuán)既有利于前面的官能團(tuán)，又在后面的反應(yīng)中起作用，這樣的官能團(tuán)稱為潛在官能團(tuán)。43*13.4

立體構(gòu)型已學(xué)過(guò)的具有立體選擇性的反應(yīng)(1)

鹵代烷的SN2取代反應(yīng)和E2消除反應(yīng)還有季銨堿受熱反式消除；氧化叔胺、乙酸酯、硫代乙酸酯、黃原酸酯受熱順式消除等。(2)

炔烴加氫(構(gòu)型翻轉(zhuǎn))反式消除44*13.4

立體構(gòu)型已學(xué)過(guò)的具有立體選擇性的反應(yīng)(3)烯烴的氧化與加成(4)Diels-Alder順式環(huán)加成反應(yīng)(