大学有机化学有机合成全面总结市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。一、合成目标和要求一、合成目标和要求 所谓所谓有机合成有机合成就是从就是从简单易得简单易得原料原料，经过，经过一步一步或或多多步步化学反应化学反应制备出比较复杂制备出比较复杂目标分子目标分子过程。它也过程。它也包含将包含将复杂物质复杂物质变为变为简单物质简单物质过程。过程。有有 机机 合合 成成1.合成目标合成目标 经过一定反应，使原来分子中某一个或几个化学键经过一定反应，使原来分子中某一个或几个化学键断裂，同时形成一个或几个新化学键，从而使分子发生断裂，同时形成一个或几个新化学键，从而使分子发生转变或将几个小分子连接起来。转变或将几个小分子连接起来。2.合成要求：合成要求：合成步骤越少越好；合成步骤越少越好；每步产率越高越好；每步产率越高越好；原料越廉价越好。原料越廉价越好。第1页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。合成目标化合物分子骨架合成目标化合物分子骨架 引入所需官能团引入所需官能团 目标化合物立体化学方面要求目标化合物立体化学方面要求 化学反应是合成基础，合成路线原来就是由一些详细反化学反应是合成基础，合成路线原来就是由一些详细反应，按照一定逻辑思维组合起来。应，按照一定逻辑思维组合起来。合成一个有机化合物要考虑合成一个有机化合物要考虑关键问题关键问题不外是不外是三个方面三个方面：碳胳形成和改变碳胳形成和改变 增加碳链或增加支链增加碳链或增加支链 碳链减短碳链减短 碳环合成碳环合成 官能团引入官能团引入 官能团相互转化官能团相互转化二、有机合成基本反应二、有机合成基本反应第2页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。或或ZnCl2 增加碳链或增加支链：增加碳链或增加支链：1.增加一个碳原子反应增加一个碳原子反应 无水乙醚无水乙醚 H2O/H+R-MgX +HCHO RCH2OH 无水乙醚无水乙醚 H2O/H+R-MgX +CO2 RCOOH R-X +NaCN R-CN RCOOHH2O/H+其中：其中：R-X为为脂肪族脂肪族伯卤代烃伯卤代烃HCHOHCl+CH2ClAlCl3或或ZnCl2YY其中：其中：Y为为供电子基供电子基COHCl+CHOAlCl3第3页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。CRHOHCNCRHOHCN-氰氰醇醇8应应用用范范围围：醛醛、甲甲基基脂脂肪肪酮酮、C 以以下下环环酮酮C COOHOHRH-羟羟基基酸酸2H OH+2.增加二个碳原子反应增加二个碳原子反应RCH2CH2OHH3O+R MgXCH2CH2OR CH2OMgXCH2+3.增加多个碳原子反应增加多个碳原子反应 R-C CH R-C CNa R-C C-R/其中：其中：R/为为伯卤代烃伯卤代烃X 为为Cl、Br、INaNH2R/X第4页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。铜锂试剂反应铜锂试剂反应 傅傅-克反应克反应 武慈反应武慈反应R-X +R-X R-R其中：其中：R/最好为最好为伯烷基伯烷基X 为为Cl、Br、INaR-X R-Li R2CuLi R-R/LiCuIR/X其中：其中：R/最好为最好为伯烷基；伯烷基；R 普通普通无限制无限制X 为为Cl、Br、I+R-X R（或烯、醇）（或烯、醇）AlCl3烷基化：烷基化：R 3 时时重排产物重排产物为为主主第5页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。羟醛缩合羟醛缩合CHO+OH-Zn-Hg 2 CH3(CH2)4CHO CH3(CH2)4CH=C-CHO(CH2)3CH3-OH本身缩合：本身缩合：交叉缩合：交叉缩合：CH3-C-C(CH3)3O=CH=CH-C-C(CH3)3O=酰基化：酰基化：+CH3CH2CH2-C-ClC-CH2CH2CH3（或酸酐）（或酸酐）AlCl3O=O=CH2CH2CH2CH3HCl第6页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。格氏试剂与羰基化合物反应格氏试剂与羰基化合物反应CRR/OH R/-C-H（R/）O=RMgX/无水乙醚无水乙醚 H2O/H+H（R/）R/-C-X O=RMgX/无水乙醚无水乙醚 H2O/H+R/-C-RO=RMgX/无水乙醚无水乙醚 H2O/H+CRR/OH RR/-C-OR/O=RMgX/无水乙醚无水乙醚 H2O/H+R/-C-RO=RMgX/无水乙醚无水乙醚 H2O/H+CRR/OH R其中：其中：R、R/、R/为为烷基烷基、芳基芳基X 为为Cl、Br第7页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯反应乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯反应R-XC2H5ONaCH3-C-CH2-C-OC2H5=O=OCH3-C-CH-C-OC2H5=O=OR H+,稀稀OH-浓浓OH,-H+R-CH2C-OH=OCH3-C-CH2-R=O酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解CH2(COOC2H5)2C2H5ONaCH(COOC2H5)2 Na-+R-CH(COOC2H5)2 H+，OH/H2O-R-CH2COOHR-X第8页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。维荻希试剂与醛酮反应维荻希试剂与醛酮反应季季膦膦盐盐-RR/CH(ph)3PR/R/C=O +R/R/C=C RR/R、R/、R/、R/可认为 H、-R、-Ar、-COOR等 碳链减短碳链减短 不饱和烃氧化不饱和烃氧化RCH=CHR/RCOOH +R/COOHKMnO4H+R-C=CH2 R-C=O +CO2KMnO4H+R/R/R-C CH RCOOH +CO2 KMnO4H+CH2CH2CH3-CH(CH3)2KMnO4H+COOH-COOH第9页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。不饱和烃与臭氧作用不饱和烃与臭氧作用 卤仿反应卤仿反应R-C=CHR/R-C=O +R/CHO O3 Zn/H2O R/R/X 为为Cl、Br、IR-CHCH3 CHX3 +R-COONaX2+NaOH或或 NaOXOHR-C-CH3 CHX3 +R-COONaX2+NaOH或或 NaOXO=脱羧反应脱羧反应R-COONa +NaOH（CaO）R-HR-C-NH2 R-NH2O=Br2+NaOH或或 NaOBr+NaOH 霍夫曼降解反应霍夫曼降解反应第10页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。碳环合成碳环合成 双烯合成（双烯合成（D-A反应）反应）二元羧酸脱羧二元羧酸脱羧+X-X其中：其中：X 为为吸电子基，吸电子基，反应轻易进行反应轻易进行CH2COOHCH2COOHCH2 n（）（）C=OCH2 CH2CH2 n其中：其中：n=2，3 卡宾反应卡宾反应C=C +CH2N2 C CCH2hC=C +CHCl3 C CCCl Cl(CH3)3COK第11页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。荻克曼缩合反应荻克曼缩合反应 傅克酰基化反应傅克酰基化反应CH2C-OC2H5CH2C-OC2H5O=O=CH2 nC2H5ONa-C2H5OH（）（）C=OCH2 CHCOOC2H5CH2 n H+OH-（）C=OCH2 CH2CH2 n其中：其中：n=2，3OO=O=+AlCl3O=C=OCHOZn-HgHClO=CHOO=CCl=O=OAlCl3SOCl2多聚磷酸多聚磷酸第12页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。官能团引入官能团引入1.引入卤素引入卤素-CH3+Cl2-CH2Cl-CH3Cl-hFe-CH3-CH2BrNBSCl2 CH3CH2CH=CH2NBS500CH3CHCH=CH2CH3CHCH=CH2BrCl第13页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。X2 R-CH=CH2HXR-CHCH2R-CH-CH3XXHBr过氧化物过氧化物XR-CH2-CH2Br（符合马氏规则）（符合马氏规则）（违反马氏规则）（违反马氏规则）R-C CHX2HXR-C=CHR-C=CH2XXXR-CCHR-CCH3XXXX2HXXXX2.双键或三键形成双键或三键形成 R-CH-CH-R/R-CH=CH-R/+HX R-CH-CH-R/R-CH=CH-R/+H2ONaOHH2SO4乙醇乙醇XHOH H170第14页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。R-CH-CH-R/R-CH=C-R/R-C C-R/NaOH乙醇乙醇XXNaNH2X R2C=O +R/CH=P(C6H5)3 R2C=CHR/3.引入羟基引入羟基 R-CH=CH2H2OR-CH-CH3OH(BH3)2 H2O2/OH-R-CH2CH2OH（符合马氏规则）（符合马氏规则）（反马氏规则）（反马氏规则）H2SO4 R-C=O R-CH-OHH（R/）H（R/）H O H =LiAiH4、NaBH4、H2/Ni、Pt、Pd等等 R-COOR/R-CH2OH +R/OH H H =LiAiH4、C2H5OH+Na、H2/Ni、Pt、Pd等等第15页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。R-CH2X RCH2OH H2O/OH-PX3、PX5、SOCl2 格氏试剂合成法格氏试剂合成法HCHO R-CH2OH RMgX/无水乙醚无水乙醚 H2O/H+R RMgX/无水乙醚无水乙醚 H2O/H+R/-C-R/O=RMgX/无水乙醚无水乙醚 H2O/H+R/-C-OHR R/R/-CHO R/-CH-OH 二元醇制备二元醇制备C=C C C稀、冷稀、冷KMgO4或或OsO4OH OH顺式产物顺式产物R-CH-CH2 R-CH-CH2 OH2O/H+反式产物反式产物OHOH第16页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。4.引入羰基引入羰基 HC CH +H2O CH3CHOHgSO4H2SO4R-C CH +H2O R-C-CH3HgSO4H2SO4=O CH2=CH2 +O2 CH3CHO PdCl2-CuCl2 R-CH=CH2 +O2 R-C-CH3=OPdCl2-CuCl2 R-CH=C R-CHO +O=C O3 Zn/H2O R/R/R/R/R-CH-R/R-C-R/KMnO4=OOH第17页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。5.醚键形成醚键形成 2 ROH R-O-R +H2OH2SO4合成对称醚合成对称醚 威廉姆逊合成法威廉姆逊合成法R-ONa +R/-X R-O-R/+NaX 其中：其中：R=伯、仲、叔烷基伯、仲、叔烷基R/=伯、仲（不能为叔）烷基伯、仲（不能为叔）烷基 环醚合成环醚合成 硫酸二甲酯合成酚醚硫酸二甲酯合成酚醚+(CH3)2SO2-O-CH3-OH140R-CH=CH2 +O2 R-CH-CH2 Ag200300OR-CH=CH2 +HOCl R-CH-CH2 R-CH-CH2 OCa(OH)2OH Cl第18页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。6.其它一些反应其它一些反应 C=O -CH2-克莱门森还原法克莱门森还原法:沃尔夫沃尔夫-黄鸣龙还原法黄鸣龙还原法:炔烃选择加氢合成烯烃炔烃选择加氢合成烯烃R-C-R/R-CH2-R/Zn-HgHClR-C-R/R-CH2-R/H2N-NH2，NaOH二缩乙二醇二缩乙二醇=O=OR-C C-R/Na+NH3液液H2/BaSO4或或Pd/C或或Lindlar试剂试剂C=CC=CRRR/R/HHHH顺式加成顺式加成反式加成反式加成H2SO4 RCH2CH2-OH R-CH=CH2 RCH2CH3H2Ni170第19页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。O=7.芳环上引入芳环上引入-X、-NO2、-NH2、-SO3H、-R、-C-RO=-X-NO2-R-C-R-NH2-SO3HX2FeX3 或或FeH2SO4+HNO3Fe+HClH2SO4 SO3或浓或浓H2SO4R-XAlCl3R-C-XAlCl3O=第20页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。官能团相互转化官能团相互转化R-COCl R-CONH2 R-COOR/(RCO)2O R-COOHNH3R/OHNH3NH3H3O+H3O+H2OH2OR/OHR/OHP2O5SOCl22.羧酸及其衍生物转换羧酸及其衍生物转换1.卤素、羟基、氨（胺）、羰基、羧基转换卤素、羟基、氨（胺）、羰基、羧基转换R-OH R-C-R-COOH R-MgX R-X R-NR2R-NH2R-NHRR-COOH R-CN R-CH2NH2 H O O NaCNH3O+R-XR-NH2NH3PX3H2O/OH-Mg CO2 H3O+O=第21页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。在有机合成中，往往要考虑到一些官能团也会受到在有机合成中，往往要考虑到一些官能团也会受到反应试剂或条件影响而产生副反应，甚至影响整个合成反应试剂或条件影响而产生副反应，甚至影响整个合成过程。所以在合成时必须采取对一些受影响基团暂时转过程。所以在合成时必须采取对一些受影响基团暂时转换为另外稳定结构，而进行保护办法，待反应完成再使换为另外稳定结构，而进行保护办法，待反应完成再使基团复原。基团复原。在选择保护基时要符合以下要求在选择保护基时要符合以下要求:在温和条件下易与被保护基团反应。在温和条件下易与被保护基团反应。保护基必须在保护阶段各种条件下是稳定。保护基必须在保护阶段各种条件下是稳定。保护基易于在温和条件下除去。保护基易于在温和条件下除去。三、官能团保护三、官能团保护第22页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。R=伯伯、仲仲、叔叔烃基烃基四氢吡喃醚四氢吡喃醚：对：对碱碱、格氏试剂格氏试剂、烷基锂烷基锂、催化加氢催化加氢及及 一些一些氧化剂氧化剂稳定稳定。但对。但对酸酸不稳定不稳定。转变成醚转变成醚醚醚：对：对格氏试剂格氏试剂、还原剂还原剂、氧化剂氧化剂、碱碱稳定稳定。1.醇羟基保护醇羟基保护 四氢吡喃醚四氢吡喃醚ROH +H+OOR-O-四氢吡喃醚四氢吡喃醚H2O/H+ROH +HO(CH2)4CHOROH R-O-CPh3 Ph3CClCH3COOH/H2O第23页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。2.酚羟基保护酚羟基保护苯甲醚苯甲醚：对：对碱碱、氧化剂氧化剂、还原剂还原剂等等稳定稳定，但对，但对酸酸不稳定不稳定。OHOCH3CH3I 或或(CH3)2SO4HI，3.醛、酮、羰基保护醛、酮、羰基保护缩醛（酮）缩醛（酮）：对：对还原剂还原剂、氧化剂氧化剂、碱碱、格氏试剂格氏试剂稳定稳定，但对但对酸酸不稳定不稳定。R-C-R/O=CRR/OOHOCH2CH2OH/干干HClH2O/H+R-C-HO=CRHOCH3 OCH3CH3OHH2O/H+第24页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。4.羧基保护羧基保护R-COOH R-COOCH3CH3OH/H+H2O/H+或或OH-5.氨基保护氨基保护NH2NH3 SO4H+-H2SO4NaOH 间位基间位基CH3COCl 或或(CH3CO)2ONHCOCH3NH2邻对位基邻对位基H2O/H+或或OH-6.双键保护双键保护卤代烃卤代烃：对：对碱碱、氧化剂氧化剂、还原剂还原剂稳定稳定R-CH=CH-R/R-CHCH-R/XXX2Zn第25页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。当我们为一个目标化合物设计了几条可能合成路当我们为一个目标化合物设计了几条可能合成路线时，能够依据几条标准来评定各条路线优劣，从而线时，能够依据几条标准来评定各条路线优劣，从而选择最正确路线。选择最正确路线。1.有机合成路线选择标准有机合成路线选择标准:7.芳环位置保护芳环位置保护H2O/H+H2SO4SO3H四、选择合成路线步骤和方法四、选择合成路线步骤和方法第26页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。选择路选择路 线标准线标准结构上要求结构上要求碳架形成碳架形成官能团引入官能团引入经济上要求经济上要求 原料易得，廉价原料易得，廉价 产物易分离，收率高，副产物易分离，收率高，副 步骤要求简单步骤要求简单 反应经典，可发生，条件反应经典，可发生，条件温和，对环境污染小温和，对环境污染小反应少反应少反应反应步骤少步骤少，收率要高收率要高是选择合成路线主要原因。是选择合成路线主要原因。如化学反应：如化学反应：AABABCABCDBCD假如反应假如反应每步产率每步产率90%，则，则3步后总产率步后总产率为为(0.9)3 100=73%假如反应假如反应每步产率每步产率70%，则，则3步后总产率步后总产率为为(0.7)3 100=34%第27页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。平衡法：平衡法：A AB ABCBCD DE DEFEFABCDEF90%90%90%90%90%其中只有其中只有3步连续，步连续，总产率总产率为（为（0.9)3 100=73%A AB ABC ABCD ABCDE ABCDEFBCDEF如用如用5步反应，步反应，每步产率每步产率90%，直线法：直线法：则则5步后总产率步后总产率为（为（0.9)5 100=59%原料易得原料易得是指合成要用些是指合成要用些基本原料基本原料。惯用。惯用“三烯一炔三烯一炔”（乙乙、丙丙、丁烯丁烯及及乙炔乙炔），），“三苯一萘三苯一萘”（苯苯、甲苯甲苯、二二甲苯甲苯及及萘萘）及小于）及小于C4原子原子醇类醇类和和甲醛甲醛、乙醛乙醛、草酸草酸、卤苯卤苯、环己烷环己烷、丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯等。等。第28页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。试验方法切实可行，包含试验室方法或工业方法，试验方法切实可行，包含试验室方法或工业方法，因为并非全部反应都有合成意义。因为并非全部反应都有合成意义。另外，尽可能使用经另外，尽可能使用经典反应，若不日常反应过多，失败机会也会多，且关键典反应，若不日常反应过多，失败机会也会多，且关键反应越早出现越好，即决定整个合成成败反应应尽早出反应越早出现越好，即决定整个合成成败反应应尽早出现。假如关键反应在整个合成路线后面，一旦失败，就现。假如关键反应在整个合成路线后面，一旦失败，就前功尽弃。前功尽弃。首先分析产物结构要求首先分析产物结构要求,包含包含碳架碳架、官能团官能团及其及其 位置立体化学位置立体化学要求等。要求等。利用倒推（利用倒推（逆向合成逆向合成）法思索。）法思索。从产物从产物结构结构回想全部可能回想全部可能合成方法合成方法，确定初步，确定初步 合成方案。合成方案。2.解合成题基本方法解合成题基本方法第29页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。有机合成有机合成设计就是在合成一个化合物之前，研究、设设计就是在合成一个化合物之前，研究、设计计最正确合成路线最正确合成路线，它是有机合成成败关键，当前有机合，它是有机合成成败关键，当前有机合成路线设计多采取成路线设计多采取逆向合成法逆向合成法。其特点是其特点是先剖析目标分子结构先剖析目标分子结构，从目标分子开始，逆，从目标分子开始，逆推至中间物，逐步推至中间物，逐步倒推到原料倒推到原料，并要考虑怎样从简便原料，并要考虑怎样从简便原料开始（经过哪些反应）合成出目标分子。开始（经过哪些反应）合成出目标分子。从头从头完成反应式完成反应式，主要条件主要条件要要注明注明，如反应，如反应温度温度、压力压力、催化剂催化剂、溶剂溶剂等。等。对对目标分子目标分子A，可能，可能中间物中间物（B、C、D、E）或）或起始原起始原料料（F、GO、P）。）。A 目标分子（目标分子（T.M.）B C D E F GH IJ K LM N O P“合成树合成树”第30页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。在进行有机合成时，普通用在进行有机合成时，普通用割切法割切法，怎样割切则有，怎样割切则有各种方法，但其中有各种方法，但其中有一部分割切一部分割切是没有意义，要找到最是没有意义，要找到最正确割切方法，可依据以下正确割切方法，可依据以下标准标准割切：割切：最大程度简化最大程度简化ba从从a 处罚割：处罚割：C CH3CH3OHaC CH3 +CH3MgBrO=CH-CH3 OH-MgBr +CH3-CHO从从b 处罚割：处罚割：C CH3CH3OHb-MgBr +CH3-C-CH3O=如：合成如：合成C CH3CH3OH二甲基环戊基甲醇二甲基环戊基甲醇3.目标分子拆分普通方法目标分子拆分普通方法:第31页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。从反应活性来考虑从反应活性来考虑如：合成如：合成C=OOOba从从a 处罚割：处罚割：C=OOOa从从b 处罚割：处罚割：C=OOObC-CH2Br +=OOOO=Br-C-CH2 OO+OOCH2IIHOHO+.酰卤反应活性大于卤代酰卤反应活性大于卤代烃，且环上电子云密度烃，且环上电子云密度高，有利于酰基化反应。高，有利于酰基化反应。第32页文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。考虑问题要全方面考虑问题要全方面如：合成如：合成-O-CH2CH2CH2CH=CH2a b+NaOCH2CH2CH2CH=CH2X从从a 处罚割：处罚割：O-CH2CH2CH2CH=CH2a+BrCH2CH2CH2CH=CH2ONa+BrMgCH2CH=CH2CH2CH2OHO-CH2CH2CH2CH=CH2O-CH2CH2CH2CH=CH2从从b 处罚割：处罚割：b第33页