第二章 (1)有机合成的基础知识和基本反应

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一合成反应时,他们之间会相互干扰。这时,须将某个官能团 置换或消去,等这步反应完后再设法恢复。
O
例1
O
PhSeBr, H2O H
CH2CO2CH2CH3
H
CH2CO2CH2CH3
的步骤(最好不选用此反应)。
34
1.3.2 分子简化法
将复杂化合物分子中与反应无密切关联的部分去除,简化后找 出分子中关键的部位。
CH3(CH2)3CH2
CH2OCH2CH3 R H R1 CH2OH H
35
1.3.3 官能团的置换或消去法
若目标物是个复杂的分子,含有多种官能团(FG),在进行某
1.原理上的推导
从目标分子出发,分析其结构,逐步化繁为简、反推路线, 去追溯最终所需要的原料——符合易得、价廉的条件。 2.确定实用的路线 将上法推导出的各种可能的路线进行比较和试用, 确定较好的合成路线。
27
第二步,合成(Synthesis) 。要注意两方面的工作:
1.确定反应的具体条件
完成各步反应进行的具体条件,如,酸碱环境、何种溶剂、 温度、压力、光照或加催化剂、反应时间等等。选择的反应尽 量避免高温、高压、超低温、有毒或昂贵的试剂和溶剂等等。 2、适当的控制反应 ⑴引入导向基—其中包括:①对官能团的活化;②运用定 位效应等等。 ⑵引入保护基—避免分子中其它部位不必要的反应或被破坏
*8 环加成反应;
*9 烯烃的羰基化反应。
9
*4 各类缩合反应
重要的缩合反应包括: 羟醛缩合; Claisen 酯缩合反应; 环化酯缩合反应(Dieckmann W缩合); Mannich 反应; Darzens 反应; Reformatsky 反应; Benzoin 缩合反应(安息香缩合反应); Perkin 反应; Knoevenagel 反应; Wittig 反应; Michael 加成反应; Robinson 增环反应
书写合成路线时,一般遵守下列七条原则:
① 每步反应可用示意式表示(不必写完整的方程式)。箭号
“ →”表示反应。原料写在尾部,主要产物写在箭号头端。
副产物可以不写。 ② 试剂、催化剂和其它反应条件,写在箭号的上面。箭号的 上面写不完时,也可以写在箭号的下面。 ③ 不标明温度和压力时,表明反应在常温常压下进行。
回流
O 2(Ag)
② CH3CH2OH/H+ CH3COOH
O O CH3 C CH2 C O
200 ℃
CH3CHO
CH3CO 2C2H5
C 2H5
NaOC2H5

综上所述,“逆合成法”就是“ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ退为进,化繁为简”的合成路线 法。
注意:设计的合成路线需实践的检验才能确定它在生产的使用价值。
24
例2 合成
第二章 有机合成的基础知识和基本反应
第一部分
有机合成的基础知识
1
1.1
有机合成的要点
1、以周期表为依据(合适的新试剂)
*古老基本元素:C、H、O、N和卤素 *以非金属为中心的有机化合物:硼、硅、硫、磷、砷 *氟有机化学
*有机金属化合物 现代有机合成化学已经扩充到周期表中所有元素
2
2、以羰基化合物为中心(醛酮及其衍生物为合成的重
(3) 碳架的重组
碳架重组的反应是各种重排反应,包括: *1 Wegner-Meerwein 重排; *2 片呐醇 (Pinacol) 重排; *3 异丙苯氧化重排; *4 Bechmann 重排(贝克曼重排); *5 Favosky 重排; *6 Baeyer-Villiger 氧化重排; *7 Hofmann 重排; *8 联苯胺重排; *9 Benzil-Benzilic acid重排(二苯乙二酮-二苯乙醇酸重排); *10 Claisen 重排; *11 Fries 重排; *12 Cope 重排。
H OH
H+
+ H2O
Wagner-meerwein 重排
7
1.2
有机合成的主要手段
氧化反应
1 官能团的引入;
还原反应
2 官能团的转换;
3 碳架的建造;
加成反应
取代反应 消除反应
(1) 碳链的增长;
(2) 碳链的缩短;
(3) 碳架的重组;
(4)环的闭合和打开。
8
(1) 碳链增长的方法
*1 金属有机化合物与卤代烷的偶联反应; *2 金属有机化合物与羰基、氰基的加成反应; *3 金属有机化合物与环氧化合物的开环反应; *4 各类缩合反应; *5 炔烃,芳环,酮,酯,-二羰基化合物和-羰基 腈的烷基化和酰基化反应; *6 酮的双分子还原; *7 酯的双分子还原;
31
④ 使用任何无机试剂,不必写其制法。如NaOH、HCl 等。
⑤ 常用的简单有机化合物,如甲醛、丙酮、醋酸等,若没
有表明要制备时,都不必写其制法。
⑥ 为节省时间和篇幅,两步以上的简单反应可合在一个箭 号上写出,但必须标明各步进行的先后次序①②③等。
32
例 用格式试剂制备仲醇 常规写法:
R CH R' OH
12
Benzil-Benzilic acid重排-制备二芳基乙醇酸
O Ph Ph O NaOH EtOH Ph Ph COONa OH H+ Ph Ph COOH OH
历程:
若结构不对称,第一步 亲核加成氢氧根离子进 攻电正性较高的羰基碳
原料二苯乙二酮如何得到?
13
安息香的辅酶合成:
CHO VB 1 O OH C CH
O
+
CH2
N
+
... (羰基加成) N.
O
N

OCH2
+
CH2 N
N2
(亲核重排)
O
O
CH2N2
过量
+ N2
环辛酮
O
主要产物60%
6 少量不稳定
(4) 骨架与官能团均变 在复杂分子的合成中,常常在变化碳骨架的同时, 把官能团也变化成所需要者。 当然,骨架的变化不一定都是大小的变化。有时 仅仅是结构形状的变化就可以达到目的。
CO 2H
29
两条路线比较,显然b优越于a。
合成
o
+
HCN
CN OH
CH3OH,H2SO4,

CO 2CH3
小结:
首先,从目标分子的结构入手,只要回推的合理,就可以设计 出切实可行的合成路线,而且往往不止一条; 其次,掌握“逆合成法”,培养回推能力,其重点要防在反应 前后分子结构的变化上。
30
四、书写合成路线的方法
NH
COOEt
TM
NH2
NH
COOEt
NH
COOEt
NO2
25
合成:
NH COOEt HNO3 / H2SO4
NH
COOEt
NO2
NH COOEt
Fe / HCl TM
NH2
26
三、 设计合成路线的具体步骤
运用“逆合成法”设计合成路线,概括起来可分为两大步:
第一步,分析(Analysis)。具体包括两点:
KOH醇溶液 170℃ 共轭烯
非共轭烯
O C OH
稀 NaOH溶液 回流
O C OH
非共轭丁烯酸
共轭丁烯酸
反应的结果,官能团的位置发生了变化,而骨架的大小和官 能团的类型都无变化。 5
(2) 骨架不变,仅官能团变
CH3
CO 2H
KMnO 4/H+
CO 2H
Br2,[Fe]
Br
(3) 骨架变而官能团不变 重氮甲烷与羰基反应,得到环扩大的产物。
21
起始物:SM(starting materials)
目标分子:TM(target molecule)
SM TM
前进,复杂化
TM
后退,简单化
SM
逆合成法要求:
(1)每步都有合理、合适的反应机理和合成方法; (2)合成最大程度简化;
(3)有价廉易得的原料。
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二、逆合成法的应用
逆合成法是采用“结构分析”的“逻辑推理法”,能够在回推的过 程中,将结构复杂的“目标分子”,逐步化简。或者说,推导设计 的过程,也就是“化繁为简”的过程。 例1:试用逆合成法设计乙酰乙酸乙酯的合成路线。
O OCR AlCl3 OH O CR + HO O CR
17
弗里斯重排的反应机制
O CH3CO
O C O CH3 AlCl3
O CH3CO H3C
+
H C
O _ AlCl2 Cl
O
O -HCl CH3CO H3C C
O H2O O AlCl2
O CH3CO
O CCH3
18
(4)环的闭合和打开
环的闭合: 三元环: 1)丙二酸酯与1,2-二卤代烷的烷基化反应; 2)烯烃和卡宾的反应; 四元环: 1)丙二酸酯与1,3-二卤代烷的烷基化反应; 2)烯烃光二聚的反应; 五元环: 1)狄克曼关环反应; 2)1,3-偶极环加成反应; 3)丙二酸酯与1,4-二卤代烷的烷基化反应; 六元环: 1) Diels-Alder 反应; 2) 苯环的还原 反应; 3) 酯的烷基化反应; 更大的环系:1)分子内羟醛缩合反应; 19 2)酮醇缩合反应。
O O C 2H5
Claisen缩合
CH3 C CH2 C O
O 2 CH3C OC 2H5
CH3
酯化反应
O C OH
氧化反应
CH3CHO
氧化反应
CH3CH2OH
CH2 CH2
或农副产品
23
合成:将推导的过程反串起来,加上充分条件。
CH2 CH2
KMnO 4/H
+
① H2SO 4
H3O +
CH3CH2OH
1.3 有机合成路线设计的基本方法 * 逆合成法
* 分子简化法
* 官能团置换或消去法 * 分子拆解法
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1.3.1 逆合成法
“逆合成法”是有机合成路线设计最简单、最基本的方法。 一、何谓“逆合成法”?
与合成路线方向相反的方法,或叫做倒推的合成法,也叫反向合成。 从产物开始,由后倒推,逐步回复,直至推出适当的原料。
O
R X
镁粉,乙醚
R MgX
R' C
H
R R' CH OMgX
H3O+ 简化写法:
R R' CH OH
R X
①干醚/镁粉
+ ②R’CHO③ H3O
R CH R' OH
33
注意!! 不能写成:
R X
干醚/镁粉, R’CHO, H3O +
R CH R' OH
(7)若反应得到几种异构体,要写明分离异构体
O OH C CH
O O Cu(OAc)2 NH4NO3 C C
二苯乙二酮
二苯乙二酮又名为联苯酰、联苯甲酰,是合成药物苯妥英 钠的中间体,我国300吨/年左右。二苯乙二酮具有α-二酮的 性质。能吸收紫外光。用做紫外线固化树脂的光感剂、印 刷油墨组分、有机合成试剂,用以制取杀虫剂等。 14
Claisen(克莱森) 重排
定义:烯丙基芳基醚在高温(200℃)重排为邻烯丙基酚或对 烯丙基酚,称为Claisen重排 反应式为:
OCH2 CH CH2 α β γ 200℃
OH CH2 CH CH2 γ β α
OH
200℃
γ α β CH2 CH CH2
反应机理:
15
1α 1
α

O
2 3
O
β γ
[3,3]σ迁移
α
O
H

C=-3:CH3-CH3
C=-2:CH2=CH2;CH3OH C=-1:CH=CH C=0: CH2=O;CH2Cl2 C=+1:CO
C=+2:HCO2H
4
6、反应的种类
有机分子是由碳骨架和官能团两部分组成的。根据分子骨架和 官能团的变与不变,可分为四种类型。 (1) 碳骨架和官能团的类型都无变化
要枢纽)
缩合反应 醛被氧化成羧 酸的衍生物
含氮化合物
醛酮
还原成醇
3、键结的方式和键的极性(如何切断找到合成子)
碳 -碳 碳-官能团 碳骨架的建立 碳与官能团的结合
3
4、对等性、合成子(后续章节介绍)-分子的拆开
5、氧化态(氧化还原反应)
原子的相对氧化态随所连接原子或基团的不同而不同 C=-4:CH4
10
(2) 碳链缩短的方法
*1 一元羧酸的脱羧反应; *2 二元羧酸的脱羧脱水反应; *3 烯,炔,酮,芳烃侧链,-二醇和-羟基醛或酮 的氧化断裂反应; *4 甲基酮的卤仿反应; *5 酰胺的 Hofmann 降解反应; *6 Curtius 重排反应; *7 Schmidt 重排反应; *8 环加成的逆反应; *9 -二羰基化合物的酮式分解和酸式分解; *10 酯缩合的逆反应; *11 酯的热裂; *12 黄原酸酯的热裂; *13 四级铵盐的热裂 (Hofmann 消除) ; *14 氧化胺的 Cope 消除反应。 11
28
+
CO 2CH3
COOH
HOCH3
CO 2CH 3
a
β-羟基酸
HO CO 2H
脱水
脱水 b
不饱和酯
COOH α-羟基酸 OH
△ H3O +
水解 β-羟基酯
HO CO 2C 2H5
Zn
O HC
+
CO 2C2H5 Br
CN OH
Reformatsky反应
H
H+ /EtOH
CO 2H Br
O
+ HCN
H OH
γ
β α
β γ
互变异构
O O H
γ
1
5
OH
4 1
3
2
H
1γ 2β

[3,3]σ迁移
γ β
2
H
3
H
α
H[1,5]σ迁移
H
β α
OH
γ
α
β
Fries(弗里斯)重排-合成酚酮
酚酯与路易斯酸一起加热,可发生酰基重排生成邻羟基 和对羟基芳酮的衍生物。该重排反应称为弗里斯重排。 (酚的芳环上带有间位定位基的酯不能发生此重排)能够 反应式:
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