高一化學有機合成

《有機合成化學》課程介紹有機合成化學是有機化學的重要組成局部和有機化學工業(yè)的根底，在化學學科中占有獨特的核心地位。有機合成的根底是各種各樣的基元合成反響，即有機化合物中碳碳鍵的形成、斷裂和重組以及官能團之間的轉(zhuǎn)換。有機合成化學課的目的就是對有機化學中的根本反響進行系統(tǒng)的知識梳理，在此根底上介紹一些有機合成的分析方法、有機合成過程中的合成策略和技巧，從而使學生能夠根據(jù)所學知識對目標化合物分子進行反合成分析，設計合理的合成路線，并進行相關的合成實驗，最終得到需要的目標化合物。有機合成化學參考書《有機合成化學》王玉爐主編科學出版社《現(xiàn)代有機合成方法與技術》薛永強等編著化學工業(yè)出版社《有機合成化學》陳繼疇等編著甘肅教育出版社《有機合成》黃培強等編著高等教育出版社《有機合成化學與路線設計》巨勇等編著清華大學出版社《有機合成反響》王葆仁主編科學出版社第一章緒論一、有機合成化學的開展歷史及其定義1828年德國科學家韋勒成功地從氰酸銨合成了尿素，揭開了有機合成的序幕。迄今為止，有機合成化學歷經(jīng)了180多年的開展歷史。有機合成的歷史可分為第二次世界大戰(zhàn)之前的初創(chuàng)期和第二次世界大戰(zhàn)后的輝煌期。第一階段有機合成主要是圍繞以煤焦油為原料的染料和藥物等的合成工業(yè)。1856年霍夫曼發(fā)現(xiàn)苯胺紫，威廉姆斯發(fā)現(xiàn)箐染料；1890年費歇爾合成六碳糖的各種異構體以及嘌呤等雜環(huán)化合物；1878年拜耳合成了有機染料——靛藍；1903年德國化學家維爾斯泰特經(jīng)20多步第一次完成顛茄酮的合成；1917年魯濱遜采用全新、簡潔的合成方法得到了顛茄酮。二戰(zhàn)結束到20世紀末，有機合成進入空前開展的輝煌時期。這一階段又分為50-60年代的Woodward藝術期、70-80年代的Corey的科學與藝術的融合期和90年代以來的化學生物學3個時期。美國化學家R.B.Woodward是藝術期的杰出代表，也是目前為止最杰出的合成化學大師之一。重要奉獻：奎寧、生物堿類(如馬錢子堿、麥角新堿、利血平)、甾體化合物(如膽固醇、皮質(zhì)酮、黃體酮、羊毛甾醇)、抗生素(如青霉素、四環(huán)素、紅霉素、維生素B12等)。從20世紀70年代開始天然產(chǎn)物的全合成超越藝術進入科學與藝術的融合期，合成化學家開始總結有機合成的規(guī)律和有機合成設計等問題。E.J.Corey提出著名的反合成分析法。運用這種方法在天然產(chǎn)物的全合成中取得重大成就，包括銀杏內(nèi)酯、大環(huán)內(nèi)酯如紅霉素、前列腺素類化合物以及白三烯類化合物的合成。時至20世紀90年代，完成的最復雜分子的合成當屬Kishi小組的?？舅氐娜铣?。?？舅睾?29個碳原子、64個手性中心和7個骨架內(nèi)雙鍵，可能的異構體達271之多。合成化學家把合成化學與探索生命奧秘聯(lián)系起來，更多地從事生物活性的目標分子的合成，尤其是那些具有高生物活性和藥用前景的分子，例如免疫抑制劑FK506、抗癌物質(zhì)紫杉醇等的合成。隨著社會的開展和人們環(huán)境意識的提高，綠色合成的興起對有機合成化學提出了更高的要求，同時也不斷賦予它新的內(nèi)容。1991年Trost提出了原子經(jīng)濟學說，其定義為：“反響物的原子數(shù)目最大限度地進入產(chǎn)物〞。如合成環(huán)氧乙烷有兩種途徑：后者不僅符合原子經(jīng)濟學說，也符合綠色合成要求。1996年美國斯坦福大學Wender教授對理想的合成提出了完整的定義：“一種理想的(最終是實效的)合成是指用簡單的、平安的、環(huán)境友好的、資源有效地操作，快速定量地把價廉、易得的起始原料轉(zhuǎn)化為天然或設計的目標分子。〞二、有機合成化學的任務1.為科學技術的開展、社會進步、改善人們的物質(zhì)文明生活提供具有各種性能的分子，并建立有效地生產(chǎn)方法。例如1987年美國Nielsen首次合成的六硝基六氮雜異伍茲烷是當前密度和能量水平最高的高能量化合物，被譽為明天的高能炸藥、2.為理論工作者提供多種特殊性能的分子，以驗證和開展新的理論。分子軌道對稱守恒原理、反合成分析法二茂鐵的夾心結構等理論都是在合成過程中探索出來，并加以驗證的。3.將天然存在的有機物轉(zhuǎn)化為我們需要的有機物。

查閱文獻：這是進行有機合成的首要工作。通過認真、細致地查閱文獻，弄清楚被研究課題的研究進展，借鑒前人的研究成果，幫助我們設計合成路線等。設計合成路線：在查閱文獻的根底上，對所獲得的資料認真分析研究，制定合理的合成路線，通常采用反合成分析法。實驗：實驗是檢驗合成路線正確與否的唯一檢驗標準。在實驗過程中應注意采用新技術、新方法?？偨Y：將研究成果以科學的態(tài)度和方法再分析研究，歸納整理以文字形式表達出來。三、有機合成化學的研究方法利用新的試劑或技術發(fā)現(xiàn)新的反響類型或改善提高現(xiàn)有反響，是從方法學上開展有機合成的重要途徑。尋找高選擇性試劑和反響已成為有機合成化學最重要的研究課題之一。不對稱合成領域，包括反響底物手性誘導的反響、化學計量手性試劑的不對稱反響、不對稱催化反響等。復雜有機分子的合成，包括天然界或結構化學家設計的分子，它們的合成表達有機合成化學的水平。光化學反響和有機電化學合成也是當前的研究熱點。相轉(zhuǎn)移催化技術、微波、超聲合成和固相有機合成等新技術的應用。四、有機合成化學的研究現(xiàn)狀五、反合成分析法的根本概念1.切斷：將目標分子中的化學鍵切斷，使分子轉(zhuǎn)化為合成所用的原料。2.合成子：也稱合成元，是指切斷目標分子化學鍵后所得到的帶有電荷的分子碎片。合成子合成等價劑3.合成等價劑：與合成子相對應的具有相同功能的穩(wěn)定化合物。4.官能團轉(zhuǎn)化：在不改變分子骨架的前提下改變官能團的類型或位置。

一般包括官能團互變、官能團添加、官能團消除三種方式。官能團消除官能團互變官能團添加反合成分析方法舉例：三種切斷都合理，其中(b)方法更適宜，所用的原料簡單易得。例：合成第二章碳-碳鍵的形成：金屬有機化合物作為試劑有機合成試劑包括元素有機試劑、金屬有機試劑、過渡金屬有機試劑以及稀土金屬有機試劑等。它們具有許多特殊的反響性能，對于它們的研究、開發(fā)和利用是當代有機合成的一個特征。它們改變了傳統(tǒng)的有機合成，促進了有機合成化學理論和實踐的開展。其中金屬有機試劑是一類重要的有機合成試劑，廣泛應用在有機合成中。常用的主要包括有機鎂試劑、有機鋰試劑、有機銅試劑、有機鋅試劑等。一、有機鎂化合物1.格式試劑的制備：鹵代烴與金屬鎂在醚類溶劑中反響制得2.格氏試劑的合成應用格式試劑是一個親核試劑，形成碳碳鍵的反響可分為親核取代和親核加成反響。1)烴化反響：格氏試劑與鹵代烴、磺酸酯等化合物發(fā)生反響，生成烴類化合物。2)與含氮雜環(huán)化合物(吡啶、喹啉、異喹啉)的反響例如：含有鹵素的醇類化合物與兩分子格氏試劑反響，可制備碳鏈增長的醇類物質(zhì)。3)與羰基化合物的親核加成反響格氏試劑與醛、酮反響，可制備各種醇類物質(zhì)，還可以與羧酸及其衍生物、二氧化碳反響。反響式如以下圖所示：

格氏試劑與α，β-不飽和羰基化合物的作用方式取決于α，β-不飽和羰基化合物的結構。格氏試劑與α，β-不飽和醛一般發(fā)生1，2-加成，生成不飽和醇。例如：假設α，β-不飽和酮分子中與羰基相連的烴基具有較大的空間位阻效應，那么與格氏試劑主要發(fā)生1，4-加成反響。例如：含有乙烯基和乙炔基的格氏試劑是合成烯丙醇和炔丙醇的重要合成中間體。例如：格氏試劑與甲酸的叔酰胺、原甲酸酯反響，可以制備醛類化合物，雙格氏試劑也可以制備環(huán)狀酮類化合物。二、有機鋰化合物有機鋰化合物的制備：通過鹵代烴與金屬鋰反響，活潑的有機鋰宜用己烷、庚烷、苯為溶劑，不活潑的有機鋰用乙醚作溶劑。難以形成的烴基鋰需要用四氫呋喃、乙二醇二甲醚、丁醚作溶劑。例如：有機鋰化合物和格氏試劑有許多相似之處，其反響活性比格氏試劑大，所以它在有機合成中具有特殊的性質(zhì)，可以進行一些格氏試劑不能參與的化學反響。有些鹵代烴不能直接與金屬鋰反響，通過鋰鹵交換來制備有機鋰試劑烴基鋰與含酸性氫的烴類反響———鋰氫交換2.有機鋰試劑的合成應用1)親核加成反響：有機鋰試劑的親核性比格氏試劑強，格氏試劑的親核加成反響，有機鋰試劑都能進行，且更加有效。由于有機鋰活性高、立體位阻小，所以還能完成格氏試劑不能進行的反響。例如：有機鋰試劑與甲酰胺反響制備醛具有合成意義。例如：與格氏試劑不同，有機鋰試劑與α，β-不飽和酮反響時，1，2-加成產(chǎn)物為主。有機鋰試劑與二氧化碳的反響最終產(chǎn)物是酮，反響過程中有機鋰試劑與第一步反響生成的羧酸根負離子發(fā)生親核加成。2)親核取代反響：有機鋰試劑可與吡啶、鹵代烴發(fā)生反響，得到相應的產(chǎn)物。例如：例如：利用有機鋰試劑可以合成內(nèi)酯化合物三、有機鋅化合物有機鋅試劑的親核活性比格氏試劑小，因而屬于選擇性強的試劑。1.Reformatsky反響α-溴代酸酯與醛或酮在金屬鋅粉存在下發(fā)生反響，得到β-羥基酸酯。如果是α，β-不飽和羰基化合物，那么發(fā)生共軛加成。例如：2.在鋅銅存在下，二碘甲烷與烯烴反響生成環(huán)丙烷及取代的環(huán)丙烷。該反響是通過卡賓絡合物完成的，反響具有立體選擇性，得到順式加成產(chǎn)物。四、有機銅化合物有機銅試劑的制備其合成方法主要是利用有機金屬化合物與鹵化亞銅的交換反響制得。有機鋰化合物與CuI氮氣下在乙醚中反響可制得有機銅(I)試劑。運用這種方法，芳基、烯基、伯烷基的有機銅試劑都很容易制備。

有機銅試劑包括烴基銅(RCu)和二烴基銅鋰(R2CuLi)，二烴基銅鋰(R2CuLi)是一種雙金屬絡合物，由于它的溶解性好，活性高，選擇性高，因此在有機合成中最常用的有機合成試劑。2.有機銅試劑的合成應用親核取代反響有機銅試劑可與鹵代烴、酰鹵發(fā)生反響，鹵素被烴基取代，具有很好的選擇性，不與羥基、羰基、酯基、氨基發(fā)生反響。炔銅化合物可與芳鹵、乙烯基鹵反響，廣泛用于芳基炔烴、共軛炔烴的合成。例如：利用有機銅試劑與酰鹵的反響，可以合成具有特殊結構的酮。例如：2)與α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成利用這一反響，可以將烴基選擇性地引入羰基的β-位上。3)偶合反響烴基銅試劑加熱或二烷基銅鋰試劑與氧化劑接觸會發(fā)生偶合反響。通過電子轉(zhuǎn)移形成自由基，兩個自由基形成偶合產(chǎn)物。4)與環(huán)氧化物的加成反響有機銅試劑與環(huán)氧化物進行反式加成，烴基進攻空間位阻小的碳原子。例如：韓版女裝qsz17nts著說：“在回家之前的這幾年里，哥和姐一定要好好教你讀書認字和記賬算賬什么的。你光知道做生意還不行啊，咱們耿家的人必須是識文斷字的文化人兒！〞耿直嚴肅地點點頭，把新買的書緊緊地抱在懷里。回到住處簡單吃完午飯后，耿英又燒好了準備泡茶的開水。然后，兄妹三人就在東、西兩邊兒的臥房里一邊歇息，一邊等著李老鄉(xiāng)來商談聯(lián)手經(jīng)營“興盛絲綢行〞的具體事宜。60第八十二回獨家小院兒安下身|〔李老鄉(xiāng)考慮甚周全，獨家小院兒安下身；居住條件頗滿意，周圍轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)亦歡喜。〕且說稷山李老鄉(xiāng)和耿家兄妹們一行四人乘坐大騾車順著大路往杭州城而去，一路上親親熱熱無話不談，五日的行程一點兒也沒有感覺到辛苦和漫長。頗有長輩風范的李老鄉(xiāng)，使失卻父親三年半的兄妹仨感受到了猶如依偎在慈父身邊的溫暖。那日半下午時分，大騾車載著大家高快樂興地進了杭州城。自古以來就有“上有天堂，下有蘇杭〞之說。對于從小就經(jīng)常聽爹爹海闊天空談論天下奇事的耿家仨兄妹來說，自然對這個“人間天堂〞已經(jīng)早有耳聞了。然而，當他們真得就來到這里時，還是掩飾不住地流露了出了無比的欣喜。尤其是在耿英和耿直的臉上，那種沖動興奮的心情更是溢于言表。大騾車越往前走，街面上店鋪毗鄰車水馬龍的繁華景象就越盛，耿英和耿直都覺得自己的眼睛有些不夠用了。耿正回頭看看弟弟和妹妹滿臉的驚喜模樣，笑著輕輕提醒他們：“已經(jīng)在三個大鎮(zhèn)上待了這么多年了，你倆怎么還像是‘三娃子進了城’的樣子啊！〞李老鄉(xiāng)也笑了，說：“這杭州是比那些大鎮(zhèn)繁華不少呢！你們看見了嗎？前面就是全杭州城最繁華的地方了，我給咱們盤下的店鋪就在那里。我去景德鎮(zhèn)之前已經(jīng)找好了給咱們重新拾掇裝修店鋪的人了，估計啊，該是已經(jīng)拾掇得差不多了呢！〞耿正說：“叔您不在家，那些人能給咱們拾掇好嗎？〞李老鄉(xiāng)又笑了，說：“我已經(jīng)吩咐你們嬸子照應著點兒了。再說了，他們都是熟人兒，不會有錯的！喏，我給你們租下的小院兒到了！〞說著話