有机合成简介
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大学有机化学有机合成全面总结
OH
α -氰 醇
α -羟 基 酸
应用范围：醛、甲基脂肪酮 、C8以下环酮
2. 增加二个碳原子的反应
R MgX + CH2 CH2 O
R CH2CH2 H3O+ RCH2CH2OH OMgX
3. 增加多个碳原子的反应
① R-C CH NaNH2 R-C CNa R/X R-C C-R/
其中：R/ 为伯卤代烃 X 为Cl、Br、I
H2O / OH- PX3 Mg
NH3 R-NH2
R-MgX
R-X
① ②
CO2 H3O+
R-COOH
H3O+
NaCN
R-CN
R-NH2 R-NHR
[H]
R-CH2NH2
R-X
R-NR2
2. 羧酸及其衍生物的转换
R-COCl
NH3
R-CONH2
R/OH
R-COOH
NH3
R-COOR/
R/OH
(RCO)2O
H2SO4 H2O
① (BH3)2 ② H2O2 /
OH-
R-CH-CH3（符合马氏规则） OH
R-CH2CH2OH（反马氏规则）
[H]
② R-C=O H（R/） [ O ]
R-CH-OH H（R/）
[ H ] = LiAiH4 、NaBH4 、 H2 / Ni、Pt、Pd等
③ R-COOR/ [ H ] R-CH2OH + R/OH [ H ] = LiAiH4 、C2H5OH + Na 、 H2 / Ni、Pt、Pd等
R-NH2
● 碳环的合成
① 双烯合成（D-A反应）
X△
-X
有机合成概述
b. 应用各种数据库设计合成路线 * 整体设计法: 整体设计法: 目标化合物 → 三维结构 → 数据处理 → 搜 索(从所选择的数据库中) → 修改 → 可能合成 从所选择的数据库中) 路线 * 分步设计法: 分步设计法: 先将目标化合物分解为结构单元, 先将目标化合物分解为结构单元,再按数据库提供的 信息,一步一步进行设计. 信息,一步一步进行设计.
20世纪60年代 Merrifield发展了固相合成 世纪60年代, (5)20世纪60年代,Merrifield发展了固相合成 技术. 技术. 20世纪70年代 Corey发展了手性合成理论和 世纪70年代, (6)20世纪70年代,Corey发展了手性合成理论和 方法. 方法. 1989年 Kishi合成了海葵毒素 合成了海葵毒素, (7)1989年,Kishi合成了海葵毒素,被称为是世 纪工程. 纪工程. 20世纪90年代 世纪90年代, (8)20世纪90年代,发展了组合化学合成理论和 技术. 技术.
推动有机合成的三件大事: 推动有机合成的三件大事: 1,尿素的合成(Wohler) 尿素的合成(Wohler) 2,有机化合物结构理论的建立 包括:碳的四价和成键和苯的结构(Kekule) 包括:碳的四价和成键和苯的结构(Kekule) 碳价键的正四面体构型(vaurHoff (vaurHoff) 3,碳价键的正四面体构型(vaurHoff)
有机合成是推动有机化学发展的永恒动力: 有机合成是推动有机化学发展的永恒动力:
有机化学家在解决有机合成问题过 程中,全面发展了有机化学: 程中,全面发展了有机化学:化学结构 理论,反应理论,合成方法, 理论,反应理论,合成方法,分离纯化 方法,结构鉴定方法等. 方法,结构鉴定方法等.
2. 有机合成发展历史
有机合成基础
通式:
HY +δ C+ 4=C3−C2=Oδ 1- 碱
重排
[ Y−C-C=C-OH ]
Y−C-C-C=O
H
反应物: 有活性亚甲基化合物
反
α、β-不饱和醛酮、酯、腈等
应
催化剂: 强碱
特
点 产 物: 1,5—二羰基化合物
过 程：1,4-加成（表面上若3.4-加成）
Chapter 17
（3）偶联反应
CH3CH2CH2MgBr + CH3CCH CH3CCCH2CH=CH2
R '
亲核取代反应
C 2 H 5 O N a C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
B r - C H 2 - C H 2 - C H 2 - B r
① O H /H 2 O ② H +
Chapter 17
C O O H
2.形成四元环 亲核取代： 二卤代物脱卤环化： [2+2]反应： 1,3 – 二烯电环化反应
➢从反应类型分：亲核取代、亲核加成、亲电取代、亲电加成等
Chapter 17
1.烃基化反应
（1）通过亲核取代反应引入烃基 亲核试剂---碳负离子或潜在的碳负离子
➢活泼亚甲基烃化：丙二酸酯、β-酮酸酯、 β-二酮等.
Chapter 17
➢烯胺在有机合成中的应用
O X
R
RX
N
+
O XR
O R
Chapter 17
Chapter 17
（2）有机合成是改造世界的工具 人工合成自然界中存在或不存在的人类需要的化合物。
➢尿素的合成 （1828年，德国化学家 Wohler）
O
N H 4O C N
HY +δ C+ 4=C3−C2=Oδ 1- 碱
重排
[ Y−C-C=C-OH ]
Y−C-C-C=O
H
反应物: 有活性亚甲基化合物
反
α、β-不饱和醛酮、酯、腈等
应
催化剂: 强碱
特
点 产 物: 1,5—二羰基化合物
过 程：1,4-加成（表面上若3.4-加成）
Chapter 17
（3）偶联反应
CH3CH2CH2MgBr + CH3CCH CH3CCCH2CH=CH2
R '
亲核取代反应
C 2 H 5 O N a C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
B r - C H 2 - C H 2 - C H 2 - B r
① O H /H 2 O ② H +
Chapter 17
C O O H
2.形成四元环 亲核取代： 二卤代物脱卤环化： [2+2]反应： 1,3 – 二烯电环化反应
➢从反应类型分：亲核取代、亲核加成、亲电取代、亲电加成等
Chapter 17
1.烃基化反应
（1）通过亲核取代反应引入烃基 亲核试剂---碳负离子或潜在的碳负离子
➢活泼亚甲基烃化：丙二酸酯、β-酮酸酯、 β-二酮等.
Chapter 17
➢烯胺在有机合成中的应用
O X
R
RX
N
+
O XR
O R
Chapter 17
Chapter 17
（2）有机合成是改造世界的工具 人工合成自然界中存在或不存在的人类需要的化合物。
➢尿素的合成 （1828年，德国化学家 Wohler）
O
N H 4O C N
有机合成简介2013
BASIC RULES TO THE RESTROSYNTHETIC ANALYSIS
甲 原料
Starting Material SM
乙 中间物
Intermediates
丙
丁 合成目标
TGT or TM
合成路线
丁 TGT
丙
乙 Synth-precursor
逆合成分析的过程
甲 SM
Restrosynthetic Analysis. A problem-solving technique for transforming the structure of a synthetic target molecule to a sequence of progressively simpler structure along a pathway which utimately leads to simple or commercially available starting materials for a chemical synthesis.
目标物的合成中要解决以下几个主要问题： （1）如何构建目标化合物的碳架结构； （2）如何引入目标化合物中的官能团； （3）如何达到高选择性合成（包含立体选择性合成）；
——对于多官能团等复杂化合物的合成，为避免不必要的副反 应的发生，需要先保护某些官能团，之后再去保护。
一、官能团的引入与转化
官能团的引入： 官能团的转化：
, C C CR
一、官能团的引入与转化
官能团的转化：
官能团的去除
OH H
Cr6+
O
H
H
CH2OOH CONR2
LiAlH4 LiAlH4
第4节 有机合成
二、逆合成分析法（ E.J.Corey ）
目标化 合 物
中间体
基础 原料
例如：乙二酸(草酸)二乙酯的合成
O O C— OC2H5 C— OC2H5 O
C— OH C— OH
O
[O]
4
H2C— OH H2C— OH
+CH3CH2OH
3
水 解
1 +H2O
石油裂解气
CH2 CH2
+Cl2
2
H2C— Cl H2C— Cl
课本P67习题1
1)2-氯丁烷
CH3CH=CHCH3+HCl
催化剂
2)2-丁醇
CH3CH=CHCH3+H2O
CH3CHCH2CH3 Cl
催化剂
3)2,3-二氯丁烷
CH3CH=CHCH3+Cl2
CH3CHCH2CH3 OH CH3CHCHCH3 Cl Cl
4)2,3-丁二醇
CH3CH=CHCH3+Cl2
CH2 CH CH2
NO2 NO2 NO2 +3H2O
小结: 有机合成的思维结构
审题
合成目标 挖掘明暗条件
设计合成路线
找突破口
确定方法
推断过程和方向
结和方法 顺读题，逆推导，利用信息综合找； 突破口，特征好，理清思路细推敲。
作业:
课本P67: 第2,3题
<1>官能团的引入
引入的C=C三法：
－OH消去、 卤原子消去 CC部分加氢
引入卤原子三法： 烃基卤代、 －OH卤代 C=C ,CC加卤
醛基加氢、 C=C加水、 引入的-OH四法： 卤原子水解、 酯基水解 引入的-ＣHＯ的方法有： 醇的氧化和C=C
有机合成发展简史
有机合成发展简史Newly compiled on November 23, 2020有机合成化学发展简史专业：精细化工姓名：朱琳目录有机合成发展简史有机合成化学是有机化学的核心组成部分,是人类改造世界,创造美好未来的强有力工具。
一个国家有机化学研究水平高低在很大程度上取决于有机合成化学发展状况。
有机合成是推动有机学发展的永恒动力。
1．有机合成是有机化学中永不枯竭研究资源生命科学：生物大分子、生物活性分子、生化分析试剂等；医药学：药物、药理、病理分析试剂等；农业：农药、农用化学品等；石油：石油化工产品等材料科学：高分子化合物、功能材料等；食品：食品添加剂等；日用化工：燃料、涂料、化妆品等。
2．有机合成的发展史早期的合成化学（1900年以前）：简单化合物的制备1824年德国化学家维勒（Wohler）首次从无机物人工合成有机物--尿素。
1845年德国化学家Kolbe合成醋酸1854年法国化学家Bezthelot合成油脂1890年德国化学家Emil Fisher合成六个碳原子的糖的各种异构体，由于他在糖化学和嘌呤等杂环化合物合成的功绩获得1902年的诺贝尔化学奖。
合成化学的发展（1900~1960年）：生物活性的化合物被合成1902年德国化学家Willstatter合成托品酮（1915年获得诺贝尔化学奖）颠茄酮1917年英国化学家Robinson 全新、简捷地合成托品酮（Mannich反应）（1947年获诺贝尔化学奖）1929年德国化学家Hans Fisher 合成血红素（通过对其分解产物的合成并最后加以装配）美国化学家R．B．Woodward(1917~1979)（1965年获得诺贝尔化学奖）现代有机化学之父复杂结构的生物碱的合成：1944年金鸡纳碱的合成，1954年马钱子碱的合成，1956年麦角新碱的合成，利血平的合成甾体化合物的合成：1951年胆甾醇等的合成1957年羊毛甾醇的合成抗生素的合成：青霉素V、四环素、VB12等（Woodward与瑞士有机化学家Albert Eschenmoser合作，率领100多位科学家经过12年的努力，终于于1973年完成了VB12的全合成。
有机物的合成思路
例1：6 － 羰基庚酸是合成某些高分子材料和 药物的重要中间体。某实验室以溴代甲基环 己烷为原料合成6 － 羰基庚酸。
请用合成反应流程图表示出最合理的合成方 案(注明反应条件)
2、由2-甲基丙烯、甲醇等合成聚甲基丙烯 酸甲酯（有机玻璃）
解：
CH3 CH3-C=CH2
Br2
BrBr CH3-C-CH2
；
（2）写出反应③的化学方程式 ；
（3）在合成线路中，设计③和⑥两步的目的是什么？
6、异氰酸酯R—N＝C＝O是一大类化合物的总称（其 中R是烃基）。聚氨脂单体是异氰酸酯和含氨基、亚 氨基＝NH、羟基—OH的化合物。官能团—N＝C＝O 中的氮原子带有部分负电荷，碳原子上带有部分正电 荷，跟含有的氨基、亚氨基＝NH和羟基—OH的化合 物加成时，氢原子总是加在—N＝C＝O的氮原子上， 而其他基团的氮原子或氧原子则加在碳原子上。试回 答下列问题：
C—H C—H
O
CH2
思考： O
O
用2-丁烯、乙烯为原料设计
O
的合成路线
O
反推法的思维途径： （1）首先确定所要合成的有机物属于何种类别，以 及题中所给定的条件与所要合成的有机物之间的关系。 （2）以题中要求最终产物为起点，考虑这一有机物 由甲经过一步反应而制得，如果甲不是所给的已知原 料，再进一步考虑甲又是如何从另一有机物乙经一步 反应而制得，一直推导到题目中给定的原料为终点。
四、有机合成遵循的原则
1．所选择的每个反应的副产物尽可能少，所要得 到的主产物的产率尽可能高且易于分离，避免采用 副产物多的反应。 2．发生反应的条件要适宜，反应的安全系数要高， 反应步骤尽可能少而简单。 3．要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能 臆造不存在的反应事实，必要时应采取一定的措施 保护已引入的官能团。 4．所选用的合成原料要易得，经济。
有机合成
R C OH
试以甲醇,丙酮和HCN为原料, HCN为原料 试以甲醇,丙酮和HCN为原料,制备有机 COOH 玻璃- 玻璃-聚甲基丙烯酸甲酯
[ C CH2 ] n CH3
�
有机合成
一,有机合成的过程
1,有机合成的概念 利用简单,易得的原料, 利用简单,易得的原料,通 过有机反应, 过有机反应,生成具有特定结构 和功能的有机化合物. 和功能的有机化合物. 2,有机合成的任务 有机合成的任务包括目标化 合物分子骨架的构建 分子骨架的构建和 合物分子骨架的构建和官能团的 转化. 转化.
CH3
C CH2 CH3
OH O
OH OH CH3 C CH2 CH3
CH3
C CH3
C H
CH2
C CH3
COOH
例2.
醛酮中α-H的醛能自身加成生成β-羟基醛 R-CH2-CHO+R'-CH2-CHO R-CH2-CH-CH-CHO OH R' 巴豆酸(CH3-CH=CH-COOH)主要用 于合成树脂,现用乙醇及无机原料合成巴 豆酸?写出有关反应方程式.
光
官能团 引入
CH3Cl+HCl
Fe
C6H5Br+HBr
CH2=CH2+HBr △ CH3CH2Br CHBr2CHBr2 CH≡CH+2Br2 3.醇与 的取代, 醇与HX的取代, 醇与 的取代 C2H5OH+HBr
△
C2H5Br+H2O
-C=C-或-C=O的引入 C=C- C=O的引入
1.醇与卤代烃的消去反应 醇与卤代烃的消去反应 CH3CH2OH CH3CH2Br 2.醇的氧化 醇的氧化 2CH3CH2OH+O2
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• 羧基的保护
O +
O H
H 3 + O
O O
O +
H 3 + OO C F 3 C O O HO+
O H H
• SN2反应的Walden构型转换 • 消去反应中的反式共平面消去 • 烯烃顺式加氢、与硼烷的顺式加成 • 烯烃与溴的反式加成 • 羰基亲核加成的Cram规则 • 环加成和电环化的立体化学专一性 • 碳正离子重排中的反式迁移 • Beckmann重排反应中有机的合成反简介式基团迁移
有机合成简介 O
① O3 ② Zn/H2O
O +
HO OH O
官能团的引入与转化
• 官能团的转化：
O RCX
O
-O CR
R 'OH
O H 2 Cl 2
SO
'
R
O
H2N Y
O R CH PPh3
Y N HCR
O RC
O RC
O
H 2O
R 'N H
2
H
2
NH
2
+
O
H
2
O
O R C OH
R 'NH
2
'OH,H
• 官能团的引入： • 官能团的转化：
CC
H+
CC
OH H
CC
:B
CC
OH H
CC
CC
N+ H
C H
CC
CC
X2
hv or
CC X
HA
C C A: OH, X
HA
XA
C C A: OH, X
XA
C X(OTs)
有机合成简介
C , C ,C,
OH
OR
SH
C ,C
SR
N
,C, P
C ,C ,C
CN
C CR R
• F-C酰基化反应接羰基还原成亚甲基反应是有 效的替换方法
有机合成简介
碳-碳键形成的反应
3、缩合反应
• 羰基化合物a-H反应
O 2
OO H
O
可以得到：
• ——1,3-二氧化化合物：b-羟基酮， a,b-不饱和酮
• ——1,5-二氧化化合物： 1,5-二酮（Michael加成结果）
• ——1,2-二氧化化合物： a-羟基酮（苯偶联反应）
目标物的合成中要解决以下几个主要问题： （1）如何构建目标化合物的碳架结构； （2）如何引入目标化合物中的官能团； （3）如何达到高选择性合成（包含立体选择性合成）； ——对于多官能团等复杂化合物的合成，为避免不必要的 副反应的发生，需要先保护有机某合成些简介官能团，之后再去保护。
官能团的引入与转化
• ——1,4-，1,6-二氧化化合物：？ 有机合成简介
碳-碳键形成的反应
4、建环反应
• ——D-A反应 • ——环加成 • ——电环化 • ——Robinson环合反应 • ——分子内各类反应
+
+
hv
有机合成简介
基团的保护和去保护
• 请判断下列转化是否能实现，请简述理由。
O
O
KOH
(1) Br
简单的原料
复杂的分子
transform
反合成分析法
retrosynthetic analysis
有机合成简介
Retrosynthetic tree
树枝－－原料
树根－有－机合目成简标介 分子
Best Choice?
➢要求
有机合成的要点
1. 对重要的基础有机反应要能够熟练运用
新化合物的合成
比葫芦画瓢
官能团的引入与转化
• 官能团的转化：
CH2OOH LiAlH4 CONR2 LiAlH4
CH2OH CH2NR2
OH Cr6+
官能团的去除
O
HH
H
CH2OH
Cr6+ NaBH4
CHO
LiAlH4
Cr6+
COOH
X
H HNO3
X2 Fe
H2SO
4
NO2
官能团的去除
H
Pt
H2
H
OsO4 RCO3H
SO3H
' OH R
R
属于碳-碳键形成反应
O
O
R
有机合成简介
C
OR'
R
R 'N H 2
C
NR2
基本概念
目标分子，目标化合物，靶分子
Aim Aimed Target // Compound Molecule
切断-合成子 Disconnection-Synthon 切断：将分子中的一个键断开。 符号： 条件：1）是一个成熟反应的逆过程。
基团的保护和去保护
• 羟基的保护
CH2Br
ROH
NaOH
ROCH2
苄 基 醚
• 氨基的保护
H3+O ROH+
H2
ROH+
Pd
CH2OH CH3
O
Cl O
RNH2
N
O
RHN O 氨 基 甲 酸 酯 Aurathane
有机合成简介
O RHN OH+HO
RNH2 + CO2
基团的保护和去保护
• 氨基的保护
逆合成分析
2. 学习别人的思路，创造性地借鉴和运用
有机合成简介
多步骤有机合成 有机化合物的合成
分子骨架的形成 官能团的转换
核心
有机合成简介
多步骤有机合成 Multistep Syntheses
重新划分有机反应： （1） 官能团的引入与转化； （2） 碳—碳键的形成； （3） 官能团的保护和去保护。
Br
Br
(2) H3CO H3CO
(3) HO
H3+O
OH
H3CO H3CO
O
H+
HO
OH CH3OH
有机合成简介
O OCH3
基团的保护和去保护
• 请判断下列转化是否能实现，请简述理由。
OH
OH
(4)
H2SO4
SO3H
O
OH
(5)
H2/Pt
Br (6)
OH
Mg
CO2
有机合成简介
H3+O
COOH OH
有机合成简介
既要能扎扎实实地掌握有机合成的技术， 又能机动灵活地领会有机合成的策略：
简单的原料
复杂的分子
有机合成简介
Retrosynthetic Analysis
1957年 Elias J. Corey 提出了他的想法：
The Logic of Chemical Synthesis
synthesis
2）原料易得。
切断点选择：官能团，如杂原子、羰基、羟基、
双键、苯环
有机合成简介
碳-碳键形成的反应
1、有机金属试剂：
1) RLi，RMgX，R2CuLi 与R’X反应：合成烃类化合物 （增长碳链）
• RMgX + R’X 常使用活泼R’X，如苄基型、烯丙型
• R2CuLi + R’X 可以使用乙烯型R’X，反应中构型保持 • 类似的，炔基负离子与R’X反应也是得到增长碳链的
OR
S O C l2
ONC O O H H
OR H 2 N C H C O O H
R '
ONC O C l H
OR H N COOH
ON C H O R'
A
B
A较B活泼先水解
H+
OR H
+
N COOH
OH HO N C
H O R'
有机合成简介
HR HOOC N
C NH2 R' O
基团的保护和去保护
炔烃的好方法
2)与羰基化合物反应：合成增长碳链的醇
• ——可以使用醛酮、酯、酰卤等（含环氧）
• ——RLi，RMgX，R2CuLi与a，b-不饱和酮反应的
特点不同，产物不同 有机合成简介
碳-碳键形成的反应
2、芳香烃的F-C反应
R
H
RX AlCl3
O XCR AlCl3
OCR
• F-C烷基化反应存在重排副反应