专题1 有机化合物的合成

专题一有机化合物的合成

一、有机合成的一般原则

1、反应步骤较少，总产率高。

2、每步的主要产物易于分离提纯。

3、原料易得价格便宜。

二、有机物的合成方法（包括碳架的建立、各种官能团引进等）

（一）芳香族化合物的合成

1、合成苯环上仅连有一个基团的化合物

①一般以苯为原料，通过芳香烃的亲电取代反应引入基团，如表1：

②通过芳香重氮盐的亲核取代反应引入基团，如表2：

2、合成苯环上仅连有两个基团的化合物

如果所需合成的化合物两个基团相互处于邻位或对位，则其中至少有一个基团属于邻、对位定位基；如果所需合成的化合物两个基团相互处于间位，则其中至少有一个基团属于间位定位基。例如：

合成苯环上含有两个基团的化合物时，如果两个两个基团相互处于邻位或对位，而两个基团都不是邻、对位定位基或两个基团相互处于间位，但都不是间位定位基，在这两种情况下，一般不能依靠其中一个基团的定位作用将另一个基团引入所需的位置上，而需要通过中间转化过程来实现。具体办法有：

（1）对于亲电取代反应，在合成顺序中，若会形成邻、对位定位基中间体，则进行亲电取代反应，例如由苯合成对硝基苯甲酮。

（2）引入一种基团，这种基团具有一定的定位作用，待第二基团引入后，再除去这种基团，例如由苯合成间二溴苯。

（3）当用取代苯作为起始物时，可通过改变起始物取代基转化的先后顺序来决定最终产物分子中基团的相对位置，例如由甲苯合成硝基苯甲酸。

在将两个基团引入到苯环上时，应考虑以下两个问题：

（1）在有选择余地时，首先引入最强的致活基团或最弱的致钝基团进入苯环。 （2）要特别注意某些反应条件的要求。

例如合成 时，有下述两种合成途径： NO 2

Ar

ArH

（二）脂肪族化合物的合成

首先要考虑的问题是如何建立碳架；其次若还有官能团存在，则在建立碳架的同时，还需要考虑官能团的建立。一般是将两个或三个预先形成的碎片按一定的方式连接，使形成的官能团恰好在所需的位置，这一步是整个合成步骤中最关键的一步。

1、通过亲核加成反应形成碳–碳键的反应

2、通过亲核取代反应形成碳–碳键的反应

3、形成双官能团化合物的反应 （1）1，1 – 双官能团化合物

（2）1，2 – 双官能团化合物

（3）1，3 – 双官能团化合物

（4）1，4 – 双官能团化合物

三、有机合成中的基团保护、导向基 （一）基团保护 1、羟基的保护：

① 在碱性条件进行的反应，要对羟基进行保护，防止羟基受碱的影响。方法：用成醚反应。

② 在氧化还原反应中，防止羟基氧化。方法：可用酯化反应。

2、对氨基的保护

氨基是个很活泼的基团，在进行氧化、烷基化、磺化、硝化、卤化等反应时往往要对氨基进行保护。 －O －C －R O

– OH

（1）乙酰化

（2）对NR 2可以加H + 质子化形成季铵盐，– NH 2也可加H + 成 – NH +

3而保护。

3、对羰基的保护

羰基，特别是醛基，在进行氧化反应或遇碱时，往往要进行保护。对羰基的保护一般采用缩醛或缩酮反应。

4、对羧基的保护

羧基在高温或遇碱性试剂时，有时也需要保护，对羧基的保护最常用的是酯化反应。

5、对不饱和碳碳键的保护

碳碳重键易被氧化，对它们的保护主要要加成使之达到饱和。

（二）导向基

在有机合成中，往往要“借”某个基团的作用使其达到预定的目的，预定目的达到后，再把借来的基团去掉，恢复本来面貌，这个“借”用基团 我们叫“导向基”。当然这样的基团，要符合易“借”和易去掉的原则，如由苯合成1,3,5 – 三溴苯,在苯的亲电取代反应中，溴是邻、对位取代基，而1,3,5 – 三溴苯互居间位，显然不是由溴的定位效应能引起的。但如苯上有一个强的邻、对位定位基存在，它的定位效应比溴的定位效应强，使溴进入它的邻、对位，这样溴就会呈间位，而苯环上原来并无此类基团，显然要在合成时首先引入，完成任务后，再把它去掉，恰好氨基能完成这样的任务，因为它是一个强的邻、对位定位基，它可如下引入:

– H → – NO 2 → – NH 2 ，同时氨基也容易去掉：– NH 2 → – N +2 → – H 因此，它的合成路线是：

根据导向基团的目的不同，可分为下列几种情况： 1、致活导向

假如要合成 可以用

但这种方法产率低，因为丙酮两个甲基活性一样，会有副反应发生：

但在丙酮的一个甲基上导入一个致活基团，使两个甲基上的氢的活性有显著差别，这可用一个乙酯– NH 2

CH 3COCl 或酸酐

–NH 2－C －CH 3

O

–COOH + R –OH – COOR

H +

–CHO + 2ROH – CH(OR)2

H +

O

C 6H 5 O + C 6H 5 Br O

C 6H 5 O

C 6H 5

C 6H 5

Br

碱

C 6H 5

C 6H 5

O

部位，因此，利用乙酰乙酸乙酯而不用丙酮，完成任务后，把乙酯基水解成羧基，利用 – 酮酸易于脱羧的特性将导向基去掉，于是得出合成路线为：

2、致钝导向

活化可以导向，有时致钝也能导向，如合成

氨基是很强的邻、对位定位基，进行取代反应时容易生成多元取代物：

如只在苯胺环上的氨基的对位引入一个溴，必须将氨基的活性降低，这可通过乙酰化反应来达到，同时乙酰氨基是一个邻、对位定位基，而此情况下对位产物是主要产物：

四、碳链增长与缩短的基本反应 1、碳链增长的反应

烯类

炔类

卤代烃

环氧乙烷

羰基化合物

H 2N Br

丙二酸二乙酯

乙酰乙酸乙酯

有机金属化合物

2、碳链缩短的反应

（1）不饱和化合物的氧化

（2）卤仿反应

（3）霍夫曼降级反应

（4）羧酸反应

（5）芳香族化合物氧化

五、有机合成中的选择性

1、方位选择性

苯乙烯和溴化氢加成时，全部生成 –溴乙苯，这是一个方位选择性很强的反应。

在双烯合成中，方位选择性也很强。

芳香族化合物的二元取代反应，实际上也是一种方位选择性反应。 2、立体化学选择性

受立体化学控制的反应常见的有以下几类： （1）卤化烃的S N 2反应，产生构型翻转产物。 （2）炔烃的加成：

（3）烯烃的氧化 （4）卤素与烯烃加成

C 6H 5CH = CH 2 + HBr → C 6H 5CH —CH 3

Br

R —C C —R ’

Na+NH 3 R —C C —R ’+Br 2 R —C C —R ’+H 2 Pd –CaCO 3/Pd 或Ni – B

（5）硼氢化——氧化反应 （6）卤代烷的E 2反应

（7）羰基加成

当羰基两边的空间条件不同时，其中一种加成产物可能占优势，如

【典型例题】

例1、设计 的合成路线。

例2、设计 的合成路线

例3、设计 的合成路线 OH

C(CH 3)2

例5、设计

的合成路线。

例6、由苯酚合成

例7、设计 的合成路线

CH 2=CH —CH 2—CH ——C 2H 5

CH 3 O

例4、由C 3以下的化合物合成

例8、用C 3化合物合成

例9、由苯合成对溴乙苯

例10、由苯合成对硝基苯甲酸。

例11、由苯合成间硝基苯乙酮。

例12、由C 2化合物合成叶醇

CH 3 CH 3 CH 3

3

C C O

练习题

1、由指定原料及其他必要的无机及有机试剂合成下列化合物：

（1）由丙烯合成甘油。

（2）由丙酮合成叔丁醇。

（3）由1－戊醇合成2－戊炔。

（4）由乙炔合成CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3。

（5）由CH3CH2CH2CHO合成

2、试用化学方程式表示以乙烯、为主要原料制备肉桂醛（）的过程。

3、用一步或几步反应完成下列甾体化合物的转化。

4、已知苯磺酸在稀硫酸中可以水解而除去磺酸基：

又知苯酚与浓硫酸易发生磺化反应：

请用化学方程式表示苯、水、溴、铁、浓硫酸及烧碱等为原料，合成的过程。

5、由甲苯为原料，加入必要的有机、无机试剂合成

6、以C2H5OH为原料，加入必要的无机试剂合成CH3CH2CH2CH2OH。

7、以BrCH2CH(CH3)2为原料制取2－甲基－1，2－丙二醇。

8、环氧树脂（一种黏合剂）的重要原料是环氧氯丙烷（），试以丙烯为原料加必要的试剂合成之。

9、用你掌握的苯及其衍生物性质的有关知识，写出以最短的流程制备苯甲酸乙酯以及o–、m–、p–氨基苯甲酸反应的化学方程式。

10、请用苯及任选无机试剂合成3，5－二溴硝基苯。

11、以丙二酸二乙酯制备2－苄基丁二酸。

12、请使用不超过4个碳原子的开链有机化合物及任选无机试剂合成2，4－甲基戊酸。

13、（1）写出(CH3)2CHOCH2CH3的两种合成方法，并解释哪种合成法较好；

（2）今需合成甲基叔丁基醚[CH3OC(CH3)3]，有人用甲醇钠[CH3ONa] 加到叔丁基氯[(CH3)3CCl] 中来制备，未能得到所需产物。指出在此反应中得到了什么产物？应该怎样合成甲基叔丁基醚？

14、动物之间的信息传递除了声音、光电信号外，在低等动物中，如昆虫，还能分泌化学物质作为种群个体之间的通讯工具，这就是所谓“化学通讯”。棉铃象（一种象鼻虫）的性引诱剂就是这类化学物质。它是混合物，含有单环萜烯醇E和萜烯醛F和H。人工合成棉铃象性引诱剂是杀灭这种棉花害虫的绿色农药。其合成路线如下：

O

+CH3MgI CuCl2H3O+

A1

) BrZnCH2CO2C2H5

23

+

CO2Et

HO

1

23+

B

(1) (CH3CO)2O

23

+

CO2C2H5

+

CO2C2H5

+C+D

(i)

(ii)

C LiAlH4

E

MnO2

CHO

(F)

(iii)

E LiAlH4

G

MnO2

H

问题：分别写出上面以A、B、C、D、E、G、H为代号的各化合物的结构简式。

15、丙炔醇（A）在精细有机合成中是一个重要的化合物，可由乙炔与一分子甲醛反应制得。在氨基锂等强碱存在下，丙炔醇与卤代烃反应可得到各种取代的丙炔醇，这是制备一元伯醇的方法：

HC≡CCH2OH + RBr RC≡CCH2OH

化合物B，C，D和E均可以经由上述反应合成

CH3(CH2)5CH2 C≡CCH2OH CH3(CH2)5CH2 C≡CCH2 C≡CCH2OH

B

C

CH3(CH2)11CH2OH D E

（1）用反应式表示由电石和甲醛以及必要的无机试剂为原料制备A的各步反应，并注明必要的反应条件。

（2）用系统命名法命名化合物B，C，D。

（3）以乙烯、丙烯、乙炔、化合物A以及必要的无机试剂为原料合成B和C，以反应式表示。

（4）由化合物C可以制得D和E，请分别写出反应所需要的条件。

16、用苯乙烯制取，你认为须经过哪些步骤，请写明各步反应属性。

17、化合物A 的结构式为：

据报道，A 可由B 与格氏试剂C 先进行加成反应， 后经氧化、酯化和还原反应等步骤而生成。 （1）请命名化合物A ；

（2）化合物A 有何立体化学现象？为什么？

（3）写出化合物B 和C 的结构式。

（4）写出化合物C 的合成路线。

（5）写出B 和C 加成反应的历程。

（6）写出上述加成反应产物的氧化、酯化及还原等各步反应产物的结构式。

18、化合物A 可由苯、异丙醇、醋酸、乙醇及无机试剂合成。 （1）用化学方程式表示A 的合成路线。

（2）写出化合物A 的各种可能立体异构体（不包括构象异构）的立体表示式。并指出各异构体是否有光学活性。

（3）给化合物A 命名。

19、运用逆合成法设计化合物 的合成路线。所用的有机物不超过4个碳，无机试剂任选。

20、运用逆合成法设计化合物 的合成路线。所用有机物不超过4个碳，无机试剂

任选。

参考答案：

1、（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

2、①C2H4＋HCl→CH3CH2Cl

②CH 3CH2Cl＋NaOH C2H5OH＋NaCl

③2C2H5OH＋O2→2CH3CHO＋2H2O

④－CH 2Br+NaOH－CH2OH+NaBr

⑤2－CH2OH+O2→2－CHO+2H2O

⑥－CHO+CH3CHO→－CH＝CHCHO

3、

4、

5、

6、①

②

7、先发生消去反应生成2－甲基丙烯，再加溴生成2－甲基－1，2－二溴丙烷，然后再将其水解。 8、

9、（1）苯甲酸乙酯的合成： 5

－CH 3＋6KMnO 4＋9H 2SO 4→5－COOH ＋3K 2SO 4＋6MnSO 4＋14H 2O

－COOH ＋C 2H 5OH ?→?+

H

－COOC 2H 5＋H 2O

（2）o –氨基苯甲酸的合成：

－CH 3 + HNO 3（浓）??

?→?4

2SO H 浓 + H 2O

5 + 6KMnO 4 + 9H 2SO 4→5＋3K 2SO 4 + 6MnSO 4 + 14H 2O

+ 3H 2SO 4＋3Fe →

+ 3FeSO 4 + 2H 2O

p –氨基苯甲酸的合成：

－CH 3 + HNO 3（浓）??

?→?4

2SO H 浓O 2N －－CH 3 + H 2O

5O 2N －－CH 3+6KMnO 4+9H 2SO 4→5O 2N －

－COOH+3K 2SO 4+6MnSO 4+14H 2O O 2N －－COOH + 3H 2SO 4 + 3Fe →H 2N －－COOH + 3FeSO 4 + 2H 2O

m –氨基苯甲酸的合成：

－COOH + HNO 3（浓）??

?→?4

2SO H

浓 + H 2

O

+ 3H 2SO 4 + 3Fe →

+ 3FeSO 4 + 2H 2O

10、

11、

12、

13、（1）①(CH 3)2CHONa ＋BrCH 2CH 3 ②(CH 3)2CHBr ＋NaOCH 2CH 3 以①法较好，②得到醚与烯的混合物。

（2）得到了(CH 3)2C ＝CH 2，因为叔卤烷遇强碱易消除。所以用：(CH 3)3CONa ＋CH 3Br →(CH 3)3COCH 3

较好。

14、A ：

O

； B ：

H O

C O 2H

； C ：

H

C O 2E t

； D ：

E tO 2C

H

；

C H 2O H

H

H

H O C H 2C

H

O H C

15、（1）CaC2＋H2O →HC≡CH HC≡CCH2OH

（2）B：2–癸炔–1–醇C：2，5–十三碳二炔–1–醇

D：（2Z，5Z）–2，5–十三碳二烯–1–醇

（3）其中：*（a）CH3(CH2)5CH2Br的制备

方法一CH2＝CH2

CH3CH＝CH2＋HBr CH3CH2CH2Br CH3CH2CH2MgBr

CH3(CH2)3CH2OH CH3(CH2)3CH2Br CH3(CH2)3CH2MgBr

CH3(CH2)5CH2OH CH3(CH2)5CH2Br（此法较好）

方法二CH3CH2CH2Br＋HC≡CH CH3CH2CH2C≡CH

CH3CH2CH2CH＝CH2CH3(CH2)3CH2Br CH3(CH2)3CH2C≡CH

CH3(CH2)3CH2CH＝CH2CH3(CH2)5CH2Br

B的制备：

CH3(CH2)5CH2Br＋HC≡CCH2OH CH3(CH2)5CH2C≡CCH2OH

（2）C的合成：

CH3(CH2)5CH2C≡CCH2OH CH3(CH2)5CH2C≡CCH2BrCH3(CH2)5CH2C≡CCH2Br

＋HC≡CCH2OH CH3(CH2)5CH2C≡CCH2C≡CCH2OH

（4）C＋H2 D C＋H2 E

16、

（A）烯烃与Br2亲电加成

（B）卤代消去反应（RONa/ROH）

（C）末端炔烃活性氢被金属离子取代

（D）炔化物（有机金属化合物）与RX发生亲核取代（R－C≡CM为亲核试剂）（E）用Na＋NH3作催化剂还原产物为E型

（F）过氧酸，或O2＋Ag，或N2O2均可使烯烃（C＝C）双键氧化成环氧键

17、（1）3–羟基–3–氟代甲基–5–羟基戊酸内酯，或4–羟基–4–氟代甲基–2–吡喃酮。