有机合成化学- 第1章绪论

第一章
绪论
一、有机化学与有机合成 二、有机合成化学的发展 三、有机合成化学的作用 四、有机合成化学的内容及研究方法
一、有机化学与有机合成
有机化合物
有机化学
碳化合物
碳化合物的化学
• 有机化合物也称碳和氢为主要元素的化合物。 其它常见元素： O、N、P、S、X；
• 简单的碳化合物不属于有机化合物，例如CO、CO2、碳酸盐等。 • 有机化合物数目庞大，种类繁多。
2.3有机金属试剂的反应 1. 镁试剂 2. 铜试剂 3. 钯、镍试剂 4. 硼试剂 5. 金属羰基络合物
2.4 Friedel-Crafts反应 1. F-C烷基化反应 2. F-C酰基化反应 3. Vilsmeier 反应
第三章 自由基型反应 3.1. 自由基的产生 1. 过氧化物 2. 偶氮化合物 3. Trialkyltin hydride (氢化三烷基锡) 4. Alkylmercury salt (烷基汞盐) 5. 氧化还原体系 3.2. 链加成反应 1.锡氢化物法 2. 汞氢化物法 3. 裂解法 3.3. 自由基取代反应 1.饱和烃的卤代 2.丙烯和烷基芳烃α-氢的卤代
三、有机合成化学的作用
有机化学在现代人类社会中，起着非常重要的作用。 维尼纶的合成：
CaCO3
石灰石
CaO
生石灰
C
CaC2 H2O
电石,碳化钙
HC CH
乙炔
CH3COOH , Hg
CH2 = CH OCOCH3
醋酸乙烯酯
CH2 CH n OCOCH3
聚醋酸乙烯酯
ROH
HCHO
CH2 CH n
维尼纶
牛胰岛素的合成
碳球分子C60、C70的合成
黄鸣龙还原反应
沃尔夫-开息纳尔-黄鸣龙还原法
醛、酮和肼反应生成的腙在氢氧化钾或乙醇钠作用下分解放出氮气 而生成烃：
实例：
N H 2N H 2 C= O
C= N NH2
肼
腙
KOH
CH2 + N2
O C C H 2C H 3
NH2NH2 , NaOH , ( HOCH2CH2 )2O £¬82%
supramolecular glue
(a) electrostatics (ion-ion, ion-dipole and dipole-dipole);
(b) hydrogen bonding; (c) π-πstacking interactions;
Fig. 1.1 Supramolecular chemistry
纳米化学、分子工程
3、有机合成化学与环境化学
绿色化学
绿色化学合成
原子经济性
合成化学的关键是要培养出一大批从概念到实验都能 够不断创新的年青化学家。
4、有机合成化学与超分子化学
For many years, chemists have synthesized molecules and investigated their physical and chemical properties. The field of supramolecular chemistry, however, has been defined as ‘chemistry beyond the molecule’, and involves investigating new molecular systems in which the most important feature is that the components are held together reversibly by intermolecular forces, not by covalent bonds.
Chemists working in this area can be thought of as architects combining individual covalently bonded molecular building blocks, designed to be held together by intermolecular forces ( supramolecular glue), in order to create functional architectures (Fig. 1.1).
9．采用无毒无害的溶剂 10．环境友好产品
第八章 有机合成设计 8.1 反合成分析 8.2 分子的分拆 8.3 有机合成中的保护基 1. 羟基的保护基 2. 醛酮的保护基 3. 羧基的保护基 4. 氨基的保护基 8.4 极性转换 8.5 天然产物合成实例 1. 马钱子碱的合成 2. 二萜化合物aphidicolin的合成
环辛四烯的合成
CH = CH2
苯乙烯
环丁二烯
4 CH CH
Ni ( CN )2 , THF
环辛四烯 Reppe合成法
2
休克尔规律和芳香性
休克尔规律：单环体系中π电子数为4m+2时，环具有芳香性。
Willstatter合成环辛四烯
4 CH CH
Ni ( CN )2
维生素B12的合成
在伍德瓦尔 德教授的主持 下，于1976年 完成了维生素 B12的全合成。
超分子化学是一门高度交叉的学科，它涵盖了比分子本身复杂 得多的化学物种的化学、物理和生物学特征，并通过分子间(非共 价)键合作用聚集、组织在一起，可以说是共价键分子化学的一次 升华、一次质的超越，被称为“超越分子概念的化学”。
超分子代表了继基本粒子、原子核、原子和分子之后的下一个 层次的物质的复杂性。
第四章 协同型反应 4.1 电环化反应 4.2 Diels-Alder反应 4.3 其它类型的环加成反应 1.ene反应（烯反应） 2.丙烯离子的环加成反应 3.1,3-偶极环加成反应
4.卡宾的环加成反应 4.4 σ-键迁移的重排反应
1.Claisen重排 2.Cope重排
第五章 碳杂键的形成 5.1 碳氧键的形成 1. 卤代烃与醇钠、酚钠反应 2. 硫酸酯或磺酸酯与醇钠、酚钠反应 3. 卤代烃与羧酸盐反应 4. 醇、酸与环氧化合物加成 5. 醇、酚分子间脱水 6. 醇与烯烃、炔烃加成 7. 酸与烯烃、炔烃加成 8. 汞化反应 5.2 碳硫键的形成 1．硫化物的烃化 2. 硫醇与不饱和烃的加成 3. 硫醇与醛酮的加成 4. 亚硫酸氢钠与烯烃或炔烃加成 5.3 碳氮键的形成 1．氨或胺的酰化 2. 卤代烃的氨解
OH
(聚乙烯醇缩甲醛)
聚乙烯醇
芬必得
CH3 CH3 CH CH2
CH3 CHCOOH
2-(4-异丁基苯基)丙酸 从苯合成2-(4-异丁基苯基)丙酸
COOH
Br
OH
1.Mg,Et2O 2.CO2,H3O+
PBr3
NaBH4
O
CH3COCl AlCl3
Zn-Hg HCl
O
AlCl3
Cl O +
TNT（ trinitrotoluene）
• 有机合成是利用化学方法将单质、简单的无机物或简单的 有机物制成比较复杂的有机物的过程。
• 有机合成是有机化学的核心和主旋律。
二.有机合成化学的发展
1828年，德国化学家韦勒（F.Wohler）首次合成了尿素：
NH4CNO → NH2CONH2 氰酸铵 尿素
苯胺紫的合成 W.H.Perkin
卟吩
CH
2
N CH
2
CH
2
C
H
2
C
H
2
N CH
2
N CH
CH
2
2
CH
2
CH
2
CH N
2
CH N
2
C H2C H
2
CH
2
CH
2
CH
2
N
CH
2
CH 2C H
2
CH N
2
CH N
2
CH
2
立方环蕃可以与有机溶剂
分子，例如氯仿和苯形成稳 定的1:1的主-客络合物。与 氯仿形成的络合物很稳定， 在100℃/13.33 Pa条件下加 热4h，氯仿也不挥发。
New York: Pergamon, 1991.
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
绪论 离子型反应 自由基型反应 协同型反应 碳杂键的形成 官能团的转换 绿色有机合成 有机合成设计
有机合成化学
目录
第一章 绪论 1.1有机化学和有机合成 1.2有机合成化学的发展 1.3有机合成化学的作用 1.4有机合成化学的内容及研究方法
3. 酰胺的N-烃化 4. 醛酮与氨衍生物的加成 5. 醇的氨解 6. 烯、炔与胺的加成 5.4 碳硅键的形成 1．乙烯基硅烷 2．烯丙基硅烷 3．芳基硅烷 4．烯醇硅醚 5.5 碳磷键的形成
第六章 官能团的转换 6.1 烯键 烯烃的制备 1. 消除反应 2. 裂解反应 6.2 炔键 炔烃的偶联反应 6.3 羟基 6.4 氨基 6.5 卤素 6.6 硝基与氰基
第二章 离子型反应 2.1 烃化反应 1. 活泼亚甲基化合物的烃化 2. 酮、腈和酯的烃化 3. α,β-不饱和酮（或酯）的烃化 4. Michael反应 5. Wittig反应 6. 炔烃和烯烃的烃化 7. 杂环化合物的有关反应 8. 烯胺的反应 9. 氰化物的烃化
2.2羰基化合物的缩合反应 1. 羟醛缩合反应 2. 酯缩合反应 3. Stobbe缩合 4. Knoevenagel反应 5. Darzen缩合 6. Mannich反应 7. Perkin反应
化学术语中的 原子、分子、超分子
字母、单词、句 子
有机合成在超分子化学中起非常重要的作用。
Transition metal directed assemblies
The metal directed assembly of a [2]catenate 6.13 and subsequent demetallation yielding a [2]catenand 6.14.
化Biblioteka Baidu在生命科学中有一个巨大的发展空间，特别是合成化学。
有机合成已发展到这样的地步：只要有需要，有机合成就能 够合成出所有天然存在的和结构上能够存在的有机分子。
化学对生命科学的介入，导致了一个新的交叉学科，一个前 沿学科－化学生物学。
化学生物学 以化学的理论、研究方法和手段探索 生物医学的科学
2、有机合成化学与材料化学 有机导体、有机超导体、高分子材料
有机合成化学 Organic Synthesis
参考书
1、新编有机合成化学，黄宪等编，化学工业出版社，2003年, 第一版.
2、现代有机合成化学，吴毓林等编，科学出版社，2001年. 3、有机合成，黄宪编，高等教育出版社，1992年第一版. 4、有机合成讲义，许杏祥编，中科院上海有机所，1998年. 5、现代杂环化学选论，史真著，陕西科技出版社，1998年. 6、Comprehensive Organic Synthesis, Trost B. M., Fleming I.,
绿色植物中的光合作用催化剂―叶绿素 吡咯衍生物
具有生物活性的有机杂环化合物
动物血液中输送氧和二氧化碳的载体―血红素
吡咯衍生物
具有生物活性的有机杂环化合物
叶绿素和血红素经酸处理，把分子中的金属镁和铁除去，都 得到一类叫卟啉环系的化合物，即四个吡咯环系通过四个－CH= 基相连而成的共轭体系，这个环叫卟吩。
6.7 羰基 6.8 羧基 6.9 杂环化合物的官能团化
杂环化合物 杂环化学进展
第七章 绿色有机合成 7.1 二十世纪十大危机 7.2 绿色化学
1. 化学反应中的新概念－原子经济反应 2. 有机合成中常见反应的原子经济性 3. 绿色化学示意图 7.3 绿色有机合成化学研究进展 1. 开发原子经济反应 2．发现新合成方法提高反应的原子经济性 3．开发新催化剂提高反应的原子经济性 4. 利用可再生生物质资源合成化学品 5. 酶促有机化学反应 6．不对称合成 7．二氧化碳的利用 8．采用无毒无害的原料
C H 2C H 2C H 3
NH2NH2 , KOH , HOCH2CH2OH O
“有机合成新反应和新方法的研究一直是有 机化学研究的重要内容。我国的有机化学研究 与国际水平相比，新反应和新方法的研究不多 ，我国自己发现的新反应或重大改进型的反应 则更少。”
国家基金委《国家自然科学基金项目申请指南》
O2N
CH3 NO2
NO2
2,4,6-三硝基甲苯
世纪转折时期的合成化学，在学科交叉、 融汇的大趋势中，将跨入调控生命科学、推 动信息科学、改善环境科学的合成化学新纪 元，一个个新型的交叉学科脱颖而出，蓬勃 发展，合成化学在新世纪将再创辉煌。
1、有机合成化学与生命科学
许多生命现象和生命过程可以用化学和物理的过程来解释。 生物的生长过程实际上是无数的有机分子的合成与分解的过程， 这些连续不断并相互依赖的化学变化构成了生命现象。