碳骨架的形成.ppt

有机合成的发展历史、现状及趋势有机合成的发展历史、现状及趋势1828年：年：Wohler 由氰酸铵合成尿素由氰酸铵合成尿素1856年至年至1945年年：以煤焦油为原料合成染料和药物以煤焦油为原料合成染料和药物1945年至年至1990s年：年：合成研究的艺术合成研究的艺术(Woodward)合成研究的科学合成研究的科学(Corey)科学与艺术的融合科学与艺术的融合(化学生物学化学生物学)1903年年 R.Willstatter 经二十步合成了颠茄酮经二十步合成了颠茄酮有机合成有机合成：利用价廉易得的化工原料：利用价廉易得的化工原料来制备新的有机化合物。来制备新的有机化合物。新化合物新化合物：自然界存在的含量很少的：自然界存在的含量很少的化合物化合物 以及以及 自然界不存在的具有特殊自然界不存在的具有特殊理论或实用价值的化合物。理论或实用价值的化合物。有机合成内容：有机合成内容：综合应用各类有机反应综合应用各类有机反应及组合、合成方法和技术、合成设计及及组合、合成方法和技术、合成设计及策略。策略。有机合成的任务和内容有机合成的任务和内容开发与研究开发与研究新试剂、新反应、新方法、新试剂、新反应、新方法、新技术新技术已成为目前有机合成研究领域已成为目前有机合成研究领域的重要方向。的重要方向。如：元素有机试剂与过渡金属催化剂、如：元素有机试剂与过渡金属催化剂、组合化学、光、电、微波和超声技术。组合化学、光、电、微波和超声技术。如何使合成路线更简洁、更有效、更环如何使合成路线更简洁、更有效、更环保已成为有机合成化学家必须考虑的事保已成为有机合成化学家必须考虑的事情。情。有机合成目前的研究重点有机合成目前的研究重点有机合成基础有机合成基础有机合成主要包括有机有机合成主要包括有机分子骨架分子骨架的合成的合成和和官能团官能团的引入及转化两个方面。的引入及转化两个方面。分子骨架的形成主要包括碳碳单键、不分子骨架的形成主要包括碳碳单键、不饱和键以及碳环与杂环的形成方法，它饱和键以及碳环与杂环的形成方法，它是有机合成的核心内容。是有机合成的核心内容。第一章第一章 碳碳单键的形成碳碳单键的形成Friedel-Crafts反应反应氯甲基化反应氯甲基化反应末端炔烃的烃基化反应末端炔烃的烃基化反应有机金属试剂的反应有机金属试剂的反应活泼亚甲基化合物的反应活泼亚甲基化合物的反应烯胺的烷基化与酰化反应烯胺的烷基化与酰化反应缩合反应缩合反应Friedel-Crafts反应反应氯甲基化反应氯甲基化反应末端炔烃的烃基化反应末端炔烃的烃基化反应有机金属试剂的反应有机金属试剂的反应有机金属镁的反应有机金属镁的反应有机锂的反应有机锂的反应有机铜的反应有机铜的反应有机锌试剂有机锌试剂有机金属镁的反应有机金属镁的反应与醛酮的加成反应与醛酮的加成反应与羧酸酯的反应与羧酸酯的反应与酰氯的反应与酰氯的反应与环氧化合物的反应与环氧化合物的反应与二氧化碳的反应与二氧化碳的反应与与a,ba,b-不饱和羰基化合物的反应不饱和羰基化合物的反应与卤代烃等的偶联反应与卤代烃等的偶联反应有机锂试剂反应的特征有机锂试剂反应的特征有机锂试剂能发生所有有机镁的反应有机锂试剂能发生所有有机镁的反应有机锂与大位阻的酮也能发生加成有机锂与大位阻的酮也能发生加成与与a,ba,b-不饱和羰基化合物反应主要形成不饱和羰基化合物反应主要形成1，2-加成产物加成产物与二氧化碳反应形成羧酸锂盐，后者与与二氧化碳反应形成羧酸锂盐，后者与过量有机锂试剂进一步反应得到酮过量有机锂试剂进一步反应得到酮与伯和仲卤代烃剧烈反应，形成偶联产与伯和仲卤代烃剧烈反应，形成偶联产物物烷基铜锂与卤代烃的偶联反应烷基铜锂与卤代烃的偶联反应在二烷基铜锂的反应中，甲基化产率最高，伯烷在二烷基铜锂的反应中，甲基化产率最高，伯烷基次之，仲烷基和叔烷基试剂的产率较低。基次之，仲烷基和叔烷基试剂的产率较低。烷基铜锂与烷基铜锂与a,ba,b-不饱和羰基化合物的共轭加成不饱和羰基化合物的共轭加成烷基铜锂与酰氯的反应烷基铜锂与酰氯的反应烷基铜锂与环氧化合物的加成烷基铜锂与环氧化合物的加成烷基铜锂与环氧化合物的加成烷基铜锂与环氧化合物的加成Reformatsky反应反应该反应一般在有机溶剂中进行，如乙醚、该反应一般在有机溶剂中进行，如乙醚、THF、苯或甲苯等，芳香醛酮的反应产率较高，而脂肪苯或甲苯等，芳香醛酮的反应产率较高，而脂肪醛酮易自身发生缩合等副反应。产物在加热条件醛酮易自身发生缩合等副反应。产物在加热条件下可以发生脱水反应，生成下可以发生脱水反应，生成a,ba,b-不饱和酸酯。不饱和酸酯。活泼亚甲基化合物的烃基化反应活泼亚甲基化合物的烃基化反应乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用(1)(1)酮式分解：在稀碱或稀酸作用下，可分解为丙酮，酮式分解：在稀碱或稀酸作用下，可分解为丙酮，称为酮式分解。称为酮式分解。(2)酸式分解：在浓碱作用下，酸式分解：在浓碱作用下，a-a-与与b-b-位碳原子间断位碳原子间断裂生成二裂生成二分子羧酸。分子羧酸。CH3COCH2CO2EtEtONaCH3COCHCO2Et-Na+RX酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解RCOX酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解RCOCH2Cl酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解酮酮酸酸成酮水解：成酮水解：1)1)稀稀KOH;2)HKOH;2)H3 3O O+;3)100;3)100o oC.C.此外，合成羧酸最好用丙二酸二乙酯。此外，合成羧酸最好用丙二酸二乙酯。丙二酸二乙酯在有机合成中的应用丙二酸二乙酯在有机合成中的应用丙二酸酯与乙酰乙酸乙酯相似丙二酸酯与乙酰乙酸乙酯相似,也可以成盐、烃化。也可以成盐、烃化。烃基取代的丙二酸酯水解与酸化后加热可得相应的羧烃基取代的丙二酸酯水解与酸化后加热可得相应的羧酸，故常用于羧酸的合成。酸，故常用于羧酸的合成。丙二酸酯可以一次导入二个烃基，也可分别导入不丙二酸酯可以一次导入二个烃基，也可分别导入不同烃基：同烃基：水解：水解：1)稀稀KOH;2)H3O+;3)100oC.水解水解庚二酸庚二酸1)EtONa2)CH2I2水解水解1,3-环己二酸环己二酸丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯可形成稳定的碳负离子，丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯可形成稳定的碳负离子，故它们也可以发生羟醛缩合以及麦克尔加成反应。故它们也可以发生羟醛缩合以及麦克尔加成反应。丙二酸二乙酯的反应丙二酸二乙酯的反应烯胺的烷基化与酰化反应烯胺的烷基化与酰化反应缩合反应缩合反应甲醛与含甲醛与含a a-氢的醛酮间的缩合反应氢的醛酮间的缩合反应Darzen反应反应Claisen缩合反应缩合反应Michael加成反应加成反应Mannich反应反应Darzen反应反应醛或酮与醛或酮与a a-卤代酸酯在碱催化下缩合生成卤代酸酯在碱催化下缩合生成a,ba,b-环氧环氧羧酸酯的反应，被称为羧酸酯的反应，被称为Darzen反应。反应。Claisen酯缩合反应酯缩合反应酯自身缩合反应酯自身缩合反应酯交叉缩合反应酯交叉缩合反应Michael加成反应加成反应 活性亚甲基化合物与活性亚甲基化合物与a,ba,b-不饱和羰基化合物在不饱和羰基化合物在碱催化下发生的缩合反应，称为碱催化下发生的缩合反应，称为Michael反应。反应。Mannich反应反应含活泼氢的化合物与甲醛及氨、伯胺、仲胺含活泼氢的化合物与甲醛及氨、伯胺、仲胺进行缩合，结果活泼氢原子被氨甲基所取代，进行缩合，结果活泼氢原子被氨甲基所取代，这一反应称为这一反应称为Mannich反应。该反应一般在水反应。该反应一般在水醇或醋酸溶液中进行，反应时须加少量酸使介醇或醋酸溶液中进行，反应时须加少量酸使介质保持酸性。常用的活泼氢化合物为醛、酮、质保持酸性。常用的活泼氢化合物为醛、酮、羧酸酯、硝基烷烃、炔烃、酚和富电子杂环。羧酸酯、硝基烷烃、炔烃、酚和富电子杂环。过渡金属催化偶联反应过渡金属催化偶联反应-Heck 反应反应碳碳双键的形成碳碳双键的形成一、消除反应一、消除反应卤代烃的脱卤反应卤代烃的脱卤反应醇的脱水反应醇的脱水反应1，2-卤代醇的脱次卤酸反应卤代醇的脱次卤酸反应邻二卤化物的脱卤素反应邻二卤化物的脱卤素反应羧酸酯的热分解反应羧酸酯的热分解反应黄原酸酯的热分解反应黄原酸酯的热分解反应卤代烃的脱卤反应卤代烃的脱卤反应醇的脱水反应醇的脱水反应常用脱水剂有质子酸、碱、酸式盐、强吸水性试剂、常用脱水剂有质子酸、碱、酸式盐、强吸水性试剂、Lewis酸等。酸等。DMSO、HMPA等适合于大空间位阻的醇的脱水。等适合于大空间位阻的醇的脱水。气相脱水时，用气相脱水时，用Al2O3催化，得到多取代烯烃；用催化，得到多取代烯烃；用ThO2催化，得到末端烯烃。催化，得到末端烯烃。1，2-卤代醇的脱次卤酸反应卤代醇的脱次卤酸反应b b-卤代醇经氯化亚锡、氯化亚钛或锌卤代醇经氯化亚锡、氯化亚钛或锌-乙酸作用，可乙酸作用，可消除次卤酸形成烯烃。消除一般以反式为主。消除次卤酸形成烯烃。消除一般以反式为主。邻二卤化物的脱卤素反应邻二卤化物的脱卤素反应邻二卤代醇的常用脱卤剂：锌粉邻二卤代醇的常用脱卤剂：锌粉/甲醇、乙醇或甲醇、乙醇或乙酸；钠乙酸；钠/液氨；二价铬、钛、钒及烷基铜锂等。液氨；二价铬、钛、钒及烷基铜锂等。羧酸酯的热分解反应羧酸酯的热分解反应羧酸酯的热分解常在羧酸酯的热分解常在300-500 度的高温下进行，一度的高温下进行，一般不需要其它试剂或溶剂，产率较好。主要产物为般不需要其它试剂或溶剂，产率较好。主要产物为取代较少的烯烃，一般无异构化、重排等副反应。取代较少的烯烃，一般无异构化、重排等副反应。反应被认为经六元环过渡态进行，为顺式消除。反应被认为经六元环过渡态进行，为顺式消除。黄原酸酯的热分解反应黄原酸酯的热分解反应黄原酸酯的热分解与羧酸酯的热分解反应黄原酸酯的热分解与羧酸酯的热分解反应十分相似，但反应条件较温和，有时在十分相似，但反应条件较温和，有时在100度既可分解。度既可分解。此外，季铵盐在碱作用下、氧化叔胺的热分此外，季铵盐在碱作用下、氧化叔胺的热分解也是形成双键的有效方法。解也是形成双键的有效方法。碳碳双键的形成碳碳双键的形成二、二、Wittig 反应反应 磷叶立德磷叶立德(Ylid)三、缩合反应三、缩合反应醛酮自身缩合醛酮自身缩合醛酮的交叉缩合醛酮的交叉缩合Knoevenagel反应反应Wittig 反应反应利用利用Wittig 反应可以合成多共轭烯烃，如帖类反应可以合成多共轭烯烃，如帖类化合物。化合物。维生素维生素A1乙酸酯乙酸酯醛酮自身缩合醛酮自身缩合醛酮的交叉缩合醛酮的交叉缩合Knoevenagel反应反应醛、酮与含有活泼亚甲基的化合物在胺或羧酸盐醛、酮与含有活泼亚甲基的化合物在胺或羧酸盐的催化下发生的缩合反应。常用催化剂有吡啶、的催化下发生的缩合反应。常用催化剂有吡啶、哌啶、二乙胺或其羧酸盐。哌啶、二乙胺或其羧酸盐。碳碳叁键的形成碳碳叁键的形成邻二卤代烃脱卤化氢邻二卤代烃脱卤化氢偕二卤代烃脱卤化氢偕二卤代烃脱卤化氢邻二酮脱氧邻二酮脱氧邻二卤代烃脱卤化氢邻二卤代烃脱卤化氢卤代烃脱卤化氢是合成炔键的重要方法。常用的卤代烃脱卤化氢是合成炔键的重要方法。常用的碱有：碱有：KOH/EtOH、RONa/ROH、NaH、NaNH2等。分子内醚键、硝基、氨基等对反应没有影响。等。分子内醚键、硝基、氨基等对反应没有影响。偕二卤代烃脱卤化氢偕二卤代烃脱卤化氢邻二酮脱氧反应邻二酮脱氧反应碳环的形成碳环的形成环加成反应环加成反应 Diels-Alder、2+2、Carbene加成加成(Simmons-Smith 反应反应)分子内酯缩合反应分子内酯缩合反应酮醇缩合反应酮醇缩合反应分子内羟醛缩合与分子内羟醛缩合与Robinson环合反应环合反应分子内的亲核取代反应分子内的亲核取代反应Diels-Alder反应反应2+2环加成反应环加成反应 2+2双烯环加成是合成四元环的重要方法。烯双烯环加成是合成四元环的重要方法。烯烃在光照下发生顺式环加成，而在热条件下易发生烃在光照下发生顺式环加成，而在热条件下易发生自由基加成反应。自由基加成反应。Simmons-Smith 反应反应 卡宾是电中性的含有二价碳中心的反应物种，它与烯烃的加成卡宾是电中性的含有二价碳中心的反应物种，它与烯烃的加成是合成环丙烷衍生物的重要方法。卡宾可以单线态或三线态形式是合成环丙烷衍生物的重要方法。卡宾可以单线态或三线态形式存在，前者发生一步加成，而后者经自由基中间体进行。存在，前者发生一步加成，而后者经自由基中间体进行。分子内酯缩合反应分子内酯缩合反应酮醇缩合反应酮醇缩合反应分子内羟醛缩合与分子内羟醛缩合与Robinson环合反应环合反应分子内的亲核取代反应分子内的亲核取代反应杂环的形成杂环的形成含一个杂原子的五元杂环的形成含一个杂原子的五元杂环的形成含一个杂原子的五元稠环的形成含一个杂原子的五元稠环的形成含一个杂原子的六元杂环的形成含一个杂原子的六元杂环的形成含一个杂原子的六元稠环的形成含一个杂原子的六元稠环的形成含一个杂原子的五元杂环的形成含一个杂原子的五元杂环的形成1）Paal-Knorr合成法合成法2）Knorr合成法合成法3）Hantzsch合成法合成法4）Hinsberg合成法合成法含一个杂原子的五元稠环的形成含一个杂原子的五元稠环的形成含一个杂原子的六元杂环的形成含一个杂原子的六元杂环的形成含一个杂原子的六元稠环的形成含一个杂原子的六元稠环的形成