有機合成基礎知識

1、第二章 官能團化和官能團轉換的基本反應,2.1 官能團化,2.1.1 烷烴的官能團化,2.1.2 烯烴的官能團化,2.1.3 炔烴的官能團化,2.1.4 芳烴的官能團化,2.1.4.1 芳環(huán)上的親電取代反應,2.1.5 取代苯衍生物的官能團化,一、原有兩個取代基不是同一類，一般由 鄰、對位定位基決定第三個基團的位置,二、原有兩個取代基是同一類，強定位基決 定第三個基團的位置,定位一致,定位不一致,2.1.

2、5 雜環(huán)化合物的官能團化,2.1.5.1 五元雜環(huán)化合物,呋喃，吡咯，噻吩 Π56 富電子體系 親電取代反應主要在α位,活性： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯,呋喃的親電取代、加成反應,內式（90％）,外式,吡咯的親電取代、親核取代反應,噻吩的親電取代、加成反應,2.1.5.2 六元雜環(huán)化合物,2.2 官能團的轉換,2.2.1 羥基的轉換,2.2.2 含鹵化合物的轉換,2.2.3 醛、酮的

3、的轉換,2.2.4 羧酸及其衍生物的轉換,2.2.5 硝基的轉換,2.2.6 氰基的轉換,以周期表為依據(jù)　　　 雖然古老的說法認為有機化學只是Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ和鹵素的化學，但現(xiàn)代有機合成化學已經(jīng)擴充到周期表中各種元素，進行各種類型的反應。如硼、硅、磷、硫、砷等元素參與的為中心的素有機化學；鹵代烷中的氟代物，無論是單氟代，還是多氟元代都有特殊的性質，就形成了有機氟化學。有機金屬化學（尤其是過渡金屬的有機分子絡合物）的興起，不僅在有

4、機化學和有機合成化學方面做出了很大的貢獻，而且在無機與有機之間構筑了一座廣寬的橋梁。就涉及元素的種類來說，有機化學和無機化學已逐步接近。,以羰基化合物為中心:在眾多有機基團中，羰基是一種很活潑的基團。很多有機反應都涉及這種基團。如：醛、酮分子之間的羥醛縮合反應，醛被氧化成羧酸衍生物的反應，醛、酮還原成醇的反應，醛、酮轉化為含氮化合物的反應等。此類反應在有機合成中居于樞紐地位。,鍵結（bonding）的方式和鍵的極性　基本的

5、鍵結（也可叫鍵聯(lián)）方式有兩類：碳與碳相結和碳與非碳原子相結（即與官能團相結）。有機合成化學中的最根本課題：碳骨架的建立和碳與官能團的結合。有機合成中考慮鍵結時，應以邏輯式逆推的方法：將鍵結拆開（disconnection of bonding）形成兩個極性部分，再在合成設計時將這兩個極性部分作為兩個反應物經(jīng)合成反應發(fā)生鍵結。 例如，要合成Ｃ－Ｎ的鍵結，就可考慮鍵結的極性是δ＋C－Ｎδ－（或是 Ｃ＋與Ｎ－）。前者可以是常見的鹵代烷，

6、而后者可以是常見的胺類。鹵代烷與胺作用形成 Ｃ－Ｎ 鍵結。,對等性（Equivalent） 這是有機合成化學中常用的專用術語　　氰醇類的碳負離子與碘甲烷作用后，水解得甲基酮類,合成子是指可用于有機反應中的合成單位。(對等性),氧化態(tài)氧化態(tài)的問題不僅在無機化學中很重要，在有機化學中同樣很重要。這涉及有機反應中非常重要的氧化還原反應。一般說，在有機化學反應中一個分子中某原子的絕對的氧化態(tài)并不特別重要，但作用過程中氧化態(tài)的

7、變化，即相對的氧化態(tài)是很重要的。碳原子在各種不同的狀態(tài)下，氧化態(tài)是不同的，是變化的。這是有機反應本質的問題。甲烷、乙烷、乙烯、乙炔中碳的氧化態(tài)是不同的。它們可用還原（氫化）聯(lián)系起來。,氧化態(tài)含氧有機物中醇、醛、羧酸及其衍生物、碳酸及其衍生物中碳的氧化態(tài)也不相同。元素有機化合物的氧化態(tài)的不同更為明顯。氮的氧化態(tài)硫的氧化態(tài)磷的氧化態(tài)硅的氧化態(tài),反應的種類:（i） 骨架和官能團都無變化,反應的種類: （ii） 骨架不變，僅官

8、能團變,反應的種類: （iii）骨架變而官能團不變,反應的種類: （iv） 骨架和官能團都變化,R. Robinson(托品酮，1917），1947年，諾貝爾化學獎,反應的種類: （iv） 骨架和官能團都變化分子內消除,反應的種類: （iv） 骨架和官能團都變化蓖麻酸的熱裂解（由大變?。?格氏反應(Grignard Reaction),有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,要做好有機合

9、成路線設計，除了對有機合成技術要熟練掌握以外，很重要的是要有科學的思維方法，即要有邏輯思維。這方面也有一些固定的原則和成熟的方法。,2.2.1 合成路線設計的原則與基本方法（1）逆合成法（Retrosynthesis） 逆合成法是有機合成路線設計的最簡單，最基本的方法。其他一些更復雜的設計方法都是建立在此方法的基礎上的，所以我們首先要掌握逆合成法（有時也叫做反合成法，antithetic synthesis）。整個思路也可稱為

10、逆（反）合成分析。,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,2.2.1 合成路線設計的原則與基本方法（1）逆合成法（Retrosynthesis） 合成是指從某些原料出發(fā)，經(jīng)過若干步反應，最后合成出所需的產物。最后產物就是合成目標物，或叫“目標分子”（target molecule，TM）。實際上。進行合成路線設計時是反其道而行之，即從目標分子的結構出發(fā)，逐步地考慮，先可由哪些中間體合成目標物，再考慮由哪些原料

11、合成中間體。最后的原料就是“起始物”（starting material，SM）。這種方法就是“逆合成”。,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,2.2.1 合成路線設計的原則與基本方法 （2）分子簡化法（Simplication）,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,2.2.1 合成路線設計的原則與基本方法 （2）分子簡化法（Simplication） 如一個分子有明顯的對稱性

12、，在考慮它的合成法時就應充分利用其對稱性來簡化合成方法。,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,2.2.1 合成路線設計的原則與基本方法 （3） 官能團的置換或消去,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection） 前面已討論到目標分子中的極性鍵可以進行拆解（也叫拆開）成兩個極性分子。 實際上，這就是考慮逆合成方法時的主要思路之一。同一目標物可以有幾

13、種拆解的方法，就需要加以比較，確定應采用何種合成方法。在下例中，逆合成箭頭上標志拆解處。這里主要的是 ①合適的拆開部位； ②鍵極性的方向，就涉及試劑的選用,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection）,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection）,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,

14、（4） 拆解（Disconnection）（i） 會集法（Convergence）,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection）（i） 會集法（Convergence）,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection）（i） 會集法（Convergence）,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4）

15、拆解（Disconnection） （ii） 在α-碳的位置上拆開,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection） （ii） 在α-碳的位置上拆開,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection） （iii） 在共同碳原子處拆開,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection） （

16、iii） 在共同碳原子處拆開,有機合成設計 2.2 有機合成路線設計的基本方法,（4） 拆解（Disconnection） （IV） 避免大環(huán)的合成,有機合成設計合成設計的實例,,有機合成設計合成設計的實例,有機合成設計合成設計的實例,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,2. 3 有機合成反應的選擇性 有機合成路線既然是邏輯性的,可以預先設計,那么經(jīng)過設計的合成反應除了要有高產率外,也要具

17、有選擇性。選擇性很好的反應以產生唯一的目標物為最佳結果，避免分離化合物時費力的困擾。,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,合成反應的選擇性大致分為: 化學選擇性(chemoselectivity)， 位置選擇性（regioselectivity） 立體選擇性（stereoselectivity）三種?？刂七x擇性的因素又分為 熱力學控制（thermodynamic control）

18、 動力學控制（kinetic control） 前者與產物的穩(wěn)定性或能量有關；后者是反應活能的比較，常受電子效應或間效應的影響。,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,2．4碳鏈的官能團化和官能團的轉化2.4.1 烷基的官能團2.4.2 烯烴的官能團化2.4.3 炔烴的官能團化2.4.4 鹵代烷的官能團化,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,2.4.5 醇的官能

19、團化2.4.6 羧酸及其衍生物的官能團化2.4.7 芳環(huán)化合物的官能團化2.4.8 含氮化合物的官能團化2.4.9 雜環(huán)化合物的官能團化,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,2.4.5 醇的官能團化2.4.6 羧酸及其衍生物的官能團化2.4.7 芳環(huán)化合物的官能團化2.4.8 含氮化合物的官能團化2.4.9 雜環(huán)化合物的官能團化,有機合成設計第二章 有

20、機合成設計的基礎知識,2.4.5 醇的官能團化2.4.6 羧酸及其衍生物的官能團化2.4.7 芳環(huán)化合物的官能團化2.4.8 含氮化合物的官能團化2.4.9 雜環(huán)化合物的官能團化,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,2.4.5 醇的官能團化2.4.6 羧酸及其衍生物的官能團化2.4.7 芳環(huán)化合物的官能團化2.4.8 含氮化合物的官能團化2.4.9

21、雜環(huán)化合物的官能團化,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,2. 5 關于合成子的理論 合成子(Synthons)是進行有機合成路線設計時,經(jīng)常用的一種方法。 本章附錄； 合成原料的選擇 -化合物是市場上容易購到,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,2.5.1 合成子的概念 (1) 合成子是有機合成反應中的基本單位 (2) 合成子的有效性 (3) 合成子是否一定

22、是實際存在的？ 2.5.2 合成子的極性轉換 2.5.3 合成子與穩(wěn)定性,有機合成設計第二章 有機合成設計的基礎知識,2. 5 關于合成子的理論 合成子(Synthons)是進行有機合成路線設計時,經(jīng)常用的一種方法。 2.5.1 合成子的概念 (1) 合成子是有機合成反應中的基本單位 (2) 合成子的有效性 (3) 合成子是否一定是實際存在的？ 2.5.2 合成