有機化學(xué)課件(邢其毅)-第13章

13有機合成基礎(chǔ)

有機化學(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)測定及其應(yīng)用研究；以研究反應(yīng)機理為重點的物理有機化學(xué)；有機合成。有機合成的目的：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有機合成基礎(chǔ)

213有機合成基礎(chǔ)

13.1逆向合成分析(RetrosyntheticAnalysis)有機合成的基點：基本有機反應(yīng)；合成設(shè)計和策略。逆向合成分析也稱反合成分析，是有機合成的逆向思維法，為有機合成提供簡捷合理的合成路線。特定目標(biāo)分子(TargetMolecule)的合成設(shè)計過程：

第一步是對整個分子的結(jié)構(gòu)特征和已知的理化性質(zhì)進行收集、考察，這樣可以簡化合成的問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，這也稱為逆向合成(Retrosynthesis)；第三步是在上述兩步的基礎(chǔ)上從合成方向進行檢查，增加試劑和反應(yīng)條件，對合成樹進行剪裁、取舍，選擇最好的路線進行合成。近代有機合成的特征：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映選擇反應(yīng)；有機合成設(shè)計方法的進步，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、在支化點處進行切斷。合成：一個環(huán)和一條鏈之間的連接處常常是個支化點，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)分子的對稱性進行切斷，使之切斷為簡單易得的原料。合成：對稱炔烴：對稱醇：合成：613.1逆向合成分析13.1.1切斷的選擇方法環(huán)狀對稱醚可切斷為對稱二醇，對稱二醇可切斷為對稱酯。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，尋找能實現(xiàn)正確定位的途徑。例如：合成b法切斷是錯誤：異丙基是鄰對位定位基，乙?；情g位定位基，異丙基與乙?；幱趯ξ弧?13.1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(即這個基團最后引入)。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、官能團轉(zhuǎn)化可能會改變基團的定位效應(yīng)。另一個取代基應(yīng)在官能團轉(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，特別是一般方法難導(dǎo)入的基團(如－CN，－F，－I等)可通過重氮鹽導(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，然后通過重氮鹽可將－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切斷實例1413.1逆向合成分析13.1.3切斷實例1513.1逆向合成分析13.1.3切斷實例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碳鏈的增長碳親核試劑與碳親電試劑反應(yīng)形成碳-碳鍵，則增長了分子碳鏈。

碳鏈的增長主要通過離子型反應(yīng)實現(xiàn)。碳親核試劑(碳負離子或潛在的碳負離子)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

增加兩個或兩個以上碳原子的方法很多，用得比較多的有：增加一個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

2013.2

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

碳骨架13.2.1碳鏈的增長

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

在有些官能團連接處或官能團附近斷裂碳-碳鍵較容易。常見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)另一個六員環(huán)）在苯環(huán)上并聯(lián)另一個六員環(huán)，可通過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)另一個六員環(huán)的重要方法：2813.3

官能團13.3.1官能團的互相轉(zhuǎn)化

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

官能團13.3.1官能團的互相轉(zhuǎn)化

13.3.1.2通過還原反應(yīng)完成官能團的互相轉(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13.3.1官能團的互相轉(zhuǎn)化

乙硼烷主要用于還原羧酸和酰胺。13.3.1.2通過還原反應(yīng)完成官能團的互相轉(zhuǎn)化2、絡(luò)合氫化物還原LiAlH4還原能力強，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13.3.1官能團的互相轉(zhuǎn)化

13.3.1.3通過氧化反應(yīng)完成官能團的相互轉(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13.3.1官能團的互相轉(zhuǎn)化

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

官能團13.3.1官能團的互相轉(zhuǎn)化

鄰二鹵代烴在鋅粉作用下脫鹵得到烯烴。13.3.1.4通過消除反應(yīng)完成官能團的相互轉(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13.3.2官能團的引入烷烴中引入官能團產(chǎn)物比較復(fù)雜，仿生催化使烷烴氧化為醇和酮。在已有官能團化合物鄰近引入新官能團較容易。3513.3

官能團13.3.3官能團的除去

一些常見官能團的除去方法：3613.3

官能團13.3.4官能團的保護理想的保護基應(yīng)當(dāng)要符合三個方面的要求：1、

易于與被保護基團反應(yīng)；2、

保護基團必須經(jīng)受得住在保護階段的各種反應(yīng)條件；3、

保護基團易于離去。常見官能團的保護及去保護方法如下：3713.3

官能團13.3.4官能團的保護常見官能團的保護及去保護方法如下：3813.3

官能團13.3.4官能團的保護例：由合成為了使對位不被硝化，采取保護對位之后硝化，最后脫去保護基。例：由合成逆向合成分析：不能存在，因為－OH可以分解格氏試劑，所以必須采取保護措施。合成：3913.3

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

官能團13.3.5選擇性反應(yīng)和導(dǎo)向反應(yīng)的利用不對稱烯烴與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)速度大小次序為1°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)的活性大小次序為：選擇性反應(yīng)：通過控制反應(yīng)條件或根據(jù)官能團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。常見的選擇性反應(yīng)：例如：4113.3

官能團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基團，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)完畢后再將該基團除去。活化導(dǎo)向：鈍化導(dǎo)向：4213.3

官能團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，對轉(zhuǎn)變六員環(huán)為五員環(huán)是一個潛在的官能團。引入潛在官能團：一個暫時對反應(yīng)無用的官能團，而這個官能團既有利于前面的官能團，又在后面的反應(yīng)中起作用，這樣的官能團稱為潛在官能團。43*13.4

立體構(gòu)型已學(xué)過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)(