有机合成化学-01
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
_
CH
CHCH2Br
CH2
CHCHBrCH2Br 20%
21
22
1.4.2 有机合成反应的选择性 1.化学选择：分子中的官能团，不需要加以保护和特殊的 活化，某一官能团本身就有选择性的反应。
CH3CH(OH)CH2COR
+ KMnO4
CH3COCH2COR
NaBH4 O2NCH2CH2CH2CHO CH3CH2OH LiAlH4, 低温
HOAc
CH3 CH3 C CH3 Cl 100%
24
CH2=CHCHCH2CH=CH2 H
NBS/CCl4
CH2=CHCHCH2CH=CH2 Br
CH2CH=CHCOOCH3 H
NBS/CCl4
NBS/CCl4
CH2CH=CHCOOCH3 Br
Br
NBS/CCl4
O
CH3wk.baidu.com
O
CH2Br
位置选择：沃尔-齐格勒反应
海葵毒素（Kishi 1989年） —有机合成的珠穆朗玛峰
10
FK-506（施赖伯）
11
FK-1012
12
C60发现者Robert F. Curl Jr. 柯尔
13
天然存在的有机物毕竟种类有限，甚至有的含量甚微， 而人们需要的绝大多数有机物是纯品，几乎都靠人工合成。
在老的自然界旁边再放进一个新的自然界，而这个自然界 在质和量上都远远超过老的自然界。 ——化学家贝特洛（Berthelot）
20
1.4 有机合成反应中的重要问题 1.4.1 有机合成反应的速率控制和平衡控制
+ BrCH2CH CHCH2Br 46% Br + CH2 _ CH2
_
CH
CHCH2Br
CH2
CHCHBrCH2Br 54%
15 ℃ Br2 , 己烷 CHCH CH2
60 ℃ Br2 , 己烷 + BrCH2CH CHCH2Br 80% Br + CH2
CH2 CH2 Cl2 CH2 Cl CH2 Ca(OH)2 Cl CH2 OH CH2 OH -H2O O CH2 CH2
显然，后者不仅符合原子经济学说，也符合绿色合成要求
2 CH2 CH2 + O2 催化剂 O CH2 CH2
显然，后者不仅符合原子经济学说，也符合绿色合成要求
3
2、理想的合成的定义（1996，温德）
一种理想的(最终是实效的)合成是指用简单的、安 全的、环境友好的、资源有效的操作，快速定量地把价 廉、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。
4
1.2 有机合成化学的任务 一、为科学技术的发展、社会进步、改善人们的物质文明生 活提供具有各种性能的分子，并建立有效的生产方法。
7 8 NO2 N 12 NO2 N 9 10 NO2 N 11 1 5 3 4 N NO2
7
叶绿素 维生素B12
8
美国哈佛大学 教授 Corey 创立了逆合成 分析法，已经 完成 100 多 种复杂分子的 多步骤合成。
化学家Corey
9
海葵毒素是一个 结构复杂的天然 产物，分子式是 C129H223N3O54, 有64个手性中心 和7个骨架内双键， 可能的异构体是 271。是迄今已知 的最毒物质之一。
碳-碳键的形成 碳-碳键的断裂
有机反应
重组
官能团的转换
16
二、合成新试剂的出现，特别是元素有机和金属有机试剂及 催化剂。 三、寻找高选择性试剂和反应已成为有机合成化学中最主要 的研究课题之一，其中包括化学和区域选择性控制、立体选择 性控制等。 四、不对称合成是近年来发展较快的领域，而不对称催化 反应，在不对称合成中占有突出的位置。
25
R COOR'
R COOR'
R
+ R NEt2 Me CO2H CO2Na R' Et Me H Na 温度( oC) 20 20 70 220
+
COOR'
1,2:1,3-加成产物的比例 100:0 45:5 100:0 50:50
位置选择：Diels-Alder反应
26
R
COOMe
R
R
+ R OEt Ph CN 温度( oC) 160 150 95
第1章 绪论
1
1.1 有机合成化学的定义 1. 原子经济学说（1991，特罗斯特） 反应物的原子数目最大地进入产物。
原子利用率 = 预期产物的相对原子质量 反应物的相对原子质量总和
x100%
理想的原子经济性反应，其原子利用率达到100%， 不产生副产物或废物，有利于资源利用和环境保护。
2
例如，合成环氧乙烷的两种途径：
5
6 N NO2 2 N NO2
六硝基六氮杂异伍兹烷 （HNIW)
明天的高能炸药
二、有机合 成化学要为 理论工作提 供具有多种 特殊性能的 分子，以验
证和发现新
的理论。 Woodward 1965年获诺贝尔化学奖 Corey 1990年获诺贝尔化学奖
6
R. B. Woodward--- 一位不断向最复杂的天然有机物分子 挑战的人 他完成的全合成有： （1）喹啉 （2）利血平（1956年） （3）胆甾醇（1951年） （4）马钱子碱（1954年） （5）羊毛甾醇（1954年） （6）四环素（1963年） （7）叶绿素（1960年） （8）维生素B12(1973年，一百多人参加） （9）红霉素(262144个异构体之一，49人参加）
+
CO2Me
CO2Me
1,4:1,3-加成产物的比例 100:0 82:18 100:0
位置选择：Diels-Alder反应
27
3. 立体选择反应：凡是在一个反应中，一个立体异构体的 产生超过或是大大超过另外其他可能的立体异构体，就叫做立体 选择反应。这种反应常与作用物的位阻，过渡状态的立体化学要 求以及反应条件有关。
18
八、无溶剂有机合成反应，由于没有溶剂参与，表现出较 溶液反应更高的反应效率。节能、少污染以及反应的选择性， 使其已成为化学合成的重要组成部分。
九、固相有机合成最广泛用于多肽、寡聚核苷酸和蛋白质、 酶等化学合成。方法简单、快速，甚至可用仪器自动化地进行
反应。
十、相转移催化技术近二十年来得到了迅猛发展。它已广 泛地应用于有机合成、高分子聚合反应，并逐步地渗透到分析、 造纸、印染、制革等领域，为制药工业和精细有机化工带来了 可观的经济效益。
CH3 H CHO + CH3MgI Ph CH3 H OH CH3 H Ph OH H CH3
H Ph CH3 67%
H OH H H
+
33%
H CH3 + CH3 CH3 90% H H H OH H
CH3 CH3 CH3
H
H O H + LiAlH4
CH3 CH3 CH3 10%
28
1. 5 有机合成化学的研究方法
查 阅 文 献
设 计 合 成 路 线
实 验
总 结
29
30
31
32
有机合成的魅力
有机合成—享受艺术和科学的乐趣 有机合成是创造物质的重要手段,将为人类社会创造无数的奇迹
33
14
1.3 有机合成反应和方法学 有机合成化学是有机化学的重要组成部分和有机化学工 业的基础。它在化学这门科学中占有独特的核心地位。21 世纪有机合成化学面临着新的机遇和挑战，从概念、理论、
方法等方面丰富、发展有机合成化学是生命科学、材料科
学以及环境科学对有机合成化学提出的新要求。
15
一、有机合成的基础是各种各样的基元合成反应
17
五、复杂有机分子，包括天然获得的或结构化学家所设计 的分子，它们的合成一直是最受关注的领域。最近的重要趋势 则是与生物科学相结合的合成工作，分子功能和活性已进入了 合成化学的舞台。 六、光化学反应(光诱导反应)目前已达到了很高水平。光化 学机理研究和合成应用也是当前的研究热点。 七、电有机合成近年来得到了进一步的重视和发展，在 精细化工合成上可能有发展前景，在基础研究方面正努力进一 步改善电合成的选择性，并开拓其应用范围。
19
十一、微波技术的利用，声化学合成方法和超高压技术等 也都是值得注意的合成反应的研究方法。 十二、许多生物过程是通过天然有机和高分子化合物的有 序组合来完成的。近年来人们已开始把研究重心从分子中化学 键的断裂与重组向分子间相互作用缔合成有序结构，而产生特 定功能的方向转移，并逐渐形成了一门新的前沿学科——超分 子化学。
O2NCH2CH2CH2CH2OH
O2NCH2CH2CH2CH2OH
23
2.位置选择：位置选择是指在反应中，反应试剂定向地进攻 反应物的某一位置，或定向地发生在作用物的某一位置，而生 成指定结构的产物。
CH3CH2CH=CH2 + HBr
HOAc
CH3CH2CHCH3 Br 80%
CH3 CH3 C=CH2 + HCl
CH
CHCH2Br
CH2
CHCHBrCH2Br 20%
21
22
1.4.2 有机合成反应的选择性 1.化学选择：分子中的官能团，不需要加以保护和特殊的 活化，某一官能团本身就有选择性的反应。
CH3CH(OH)CH2COR
+ KMnO4
CH3COCH2COR
NaBH4 O2NCH2CH2CH2CHO CH3CH2OH LiAlH4, 低温
HOAc
CH3 CH3 C CH3 Cl 100%
24
CH2=CHCHCH2CH=CH2 H
NBS/CCl4
CH2=CHCHCH2CH=CH2 Br
CH2CH=CHCOOCH3 H
NBS/CCl4
NBS/CCl4
CH2CH=CHCOOCH3 Br
Br
NBS/CCl4
O
CH3wk.baidu.com
O
CH2Br
位置选择：沃尔-齐格勒反应
海葵毒素（Kishi 1989年） —有机合成的珠穆朗玛峰
10
FK-506（施赖伯）
11
FK-1012
12
C60发现者Robert F. Curl Jr. 柯尔
13
天然存在的有机物毕竟种类有限，甚至有的含量甚微， 而人们需要的绝大多数有机物是纯品，几乎都靠人工合成。
在老的自然界旁边再放进一个新的自然界，而这个自然界 在质和量上都远远超过老的自然界。 ——化学家贝特洛（Berthelot）
20
1.4 有机合成反应中的重要问题 1.4.1 有机合成反应的速率控制和平衡控制
+ BrCH2CH CHCH2Br 46% Br + CH2 _ CH2
_
CH
CHCH2Br
CH2
CHCHBrCH2Br 54%
15 ℃ Br2 , 己烷 CHCH CH2
60 ℃ Br2 , 己烷 + BrCH2CH CHCH2Br 80% Br + CH2
CH2 CH2 Cl2 CH2 Cl CH2 Ca(OH)2 Cl CH2 OH CH2 OH -H2O O CH2 CH2
显然，后者不仅符合原子经济学说，也符合绿色合成要求
2 CH2 CH2 + O2 催化剂 O CH2 CH2
显然，后者不仅符合原子经济学说，也符合绿色合成要求
3
2、理想的合成的定义（1996，温德）
一种理想的(最终是实效的)合成是指用简单的、安 全的、环境友好的、资源有效的操作，快速定量地把价 廉、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。
4
1.2 有机合成化学的任务 一、为科学技术的发展、社会进步、改善人们的物质文明生 活提供具有各种性能的分子，并建立有效的生产方法。
7 8 NO2 N 12 NO2 N 9 10 NO2 N 11 1 5 3 4 N NO2
7
叶绿素 维生素B12
8
美国哈佛大学 教授 Corey 创立了逆合成 分析法，已经 完成 100 多 种复杂分子的 多步骤合成。
化学家Corey
9
海葵毒素是一个 结构复杂的天然 产物，分子式是 C129H223N3O54, 有64个手性中心 和7个骨架内双键， 可能的异构体是 271。是迄今已知 的最毒物质之一。
碳-碳键的形成 碳-碳键的断裂
有机反应
重组
官能团的转换
16
二、合成新试剂的出现，特别是元素有机和金属有机试剂及 催化剂。 三、寻找高选择性试剂和反应已成为有机合成化学中最主要 的研究课题之一，其中包括化学和区域选择性控制、立体选择 性控制等。 四、不对称合成是近年来发展较快的领域，而不对称催化 反应，在不对称合成中占有突出的位置。
25
R COOR'
R COOR'
R
+ R NEt2 Me CO2H CO2Na R' Et Me H Na 温度( oC) 20 20 70 220
+
COOR'
1,2:1,3-加成产物的比例 100:0 45:5 100:0 50:50
位置选择：Diels-Alder反应
26
R
COOMe
R
R
+ R OEt Ph CN 温度( oC) 160 150 95
第1章 绪论
1
1.1 有机合成化学的定义 1. 原子经济学说（1991，特罗斯特） 反应物的原子数目最大地进入产物。
原子利用率 = 预期产物的相对原子质量 反应物的相对原子质量总和
x100%
理想的原子经济性反应，其原子利用率达到100%， 不产生副产物或废物，有利于资源利用和环境保护。
2
例如，合成环氧乙烷的两种途径：
5
6 N NO2 2 N NO2
六硝基六氮杂异伍兹烷 （HNIW)
明天的高能炸药
二、有机合 成化学要为 理论工作提 供具有多种 特殊性能的 分子，以验
证和发现新
的理论。 Woodward 1965年获诺贝尔化学奖 Corey 1990年获诺贝尔化学奖
6
R. B. Woodward--- 一位不断向最复杂的天然有机物分子 挑战的人 他完成的全合成有： （1）喹啉 （2）利血平（1956年） （3）胆甾醇（1951年） （4）马钱子碱（1954年） （5）羊毛甾醇（1954年） （6）四环素（1963年） （7）叶绿素（1960年） （8）维生素B12(1973年，一百多人参加） （9）红霉素(262144个异构体之一，49人参加）
+
CO2Me
CO2Me
1,4:1,3-加成产物的比例 100:0 82:18 100:0
位置选择：Diels-Alder反应
27
3. 立体选择反应：凡是在一个反应中，一个立体异构体的 产生超过或是大大超过另外其他可能的立体异构体，就叫做立体 选择反应。这种反应常与作用物的位阻，过渡状态的立体化学要 求以及反应条件有关。
18
八、无溶剂有机合成反应，由于没有溶剂参与，表现出较 溶液反应更高的反应效率。节能、少污染以及反应的选择性， 使其已成为化学合成的重要组成部分。
九、固相有机合成最广泛用于多肽、寡聚核苷酸和蛋白质、 酶等化学合成。方法简单、快速，甚至可用仪器自动化地进行
反应。
十、相转移催化技术近二十年来得到了迅猛发展。它已广 泛地应用于有机合成、高分子聚合反应，并逐步地渗透到分析、 造纸、印染、制革等领域，为制药工业和精细有机化工带来了 可观的经济效益。
CH3 H CHO + CH3MgI Ph CH3 H OH CH3 H Ph OH H CH3
H Ph CH3 67%
H OH H H
+
33%
H CH3 + CH3 CH3 90% H H H OH H
CH3 CH3 CH3
H
H O H + LiAlH4
CH3 CH3 CH3 10%
28
1. 5 有机合成化学的研究方法
查 阅 文 献
设 计 合 成 路 线
实 验
总 结
29
30
31
32
有机合成的魅力
有机合成—享受艺术和科学的乐趣 有机合成是创造物质的重要手段,将为人类社会创造无数的奇迹
33
14
1.3 有机合成反应和方法学 有机合成化学是有机化学的重要组成部分和有机化学工 业的基础。它在化学这门科学中占有独特的核心地位。21 世纪有机合成化学面临着新的机遇和挑战，从概念、理论、
方法等方面丰富、发展有机合成化学是生命科学、材料科
学以及环境科学对有机合成化学提出的新要求。
15
一、有机合成的基础是各种各样的基元合成反应
17
五、复杂有机分子，包括天然获得的或结构化学家所设计 的分子，它们的合成一直是最受关注的领域。最近的重要趋势 则是与生物科学相结合的合成工作，分子功能和活性已进入了 合成化学的舞台。 六、光化学反应(光诱导反应)目前已达到了很高水平。光化 学机理研究和合成应用也是当前的研究热点。 七、电有机合成近年来得到了进一步的重视和发展，在 精细化工合成上可能有发展前景，在基础研究方面正努力进一 步改善电合成的选择性，并开拓其应用范围。
19
十一、微波技术的利用，声化学合成方法和超高压技术等 也都是值得注意的合成反应的研究方法。 十二、许多生物过程是通过天然有机和高分子化合物的有 序组合来完成的。近年来人们已开始把研究重心从分子中化学 键的断裂与重组向分子间相互作用缔合成有序结构，而产生特 定功能的方向转移，并逐渐形成了一门新的前沿学科——超分 子化学。
O2NCH2CH2CH2CH2OH
O2NCH2CH2CH2CH2OH
23
2.位置选择：位置选择是指在反应中，反应试剂定向地进攻 反应物的某一位置，或定向地发生在作用物的某一位置，而生 成指定结构的产物。
CH3CH2CH=CH2 + HBr
HOAc
CH3CH2CHCH3 Br 80%
CH3 CH3 C=CH2 + HCl