[理学]有机合成路线与设计课件(PPT 40页).pptx

1、1云南大学化学科学与工程学院云南大学化学科学与工程学院有机化学精品课程建设小组有机化学精品课程建设小组2006年年3月月有机化学学习指导有机化学学习指导有机合成路线与设计有机合成路线与设计第1页，共40页。2 有机化合物的合成制备是有机化学课程的重点之一。有机化合物的合成制备是有机化学课程的重点之一。它涉及有机化合物的基本反应、有机反应中间体它涉及有机化合物的基本反应、有机反应中间体（含络合物等）（含络合物等）解好有机合成题的基础和复习重点是将有机反应按官能团转化、增长碳链、减少碳链、重组碳架、环扩大、环缩小、开环、关环等进行归纳、熟记、灵活应用。解合成题通常分两步进行：1、应用逆合成法对目标

2、分子进行剖析，最终确定合成所需的起始原料。这就要求掌握各类化合物的拆分方法。2、以剖析为依据，写出合成方案。第2页，共40页。3一、一、碳胳的生成碳胳的生成1.增长碳链增长碳链 任意增长任意增长芳烃（付-克反应）ArHRXRCOXAlCl3ArCORAr-RAlCl3卤代烃2RXRXR-RRLiLiR2CuLiR-RNa(武尔慈反应)CuIRXWitting反应 R2C=ORCH=P(C6H5)3R2C=CHR+炔烃R C CHR C CNaNaRXR C CR第3页，共40页。4 羟醛缩合：稀羟醛缩合：稀OH作用下，两分子的醛或酮结合生作用下，两分子的醛或酮结合生成一分子成一分子羟基醛或羟基

3、醛或羟基酮，称。羟基酮，称。一、碳胳的生成2RCH2CHORCH2CH-CHCHOOH-OH Rv 增长碳链，产生支链。增长碳链，产生支链。v 制备制备、不饱和醛、酮、醇及二醇不饱和醛、酮、醇及二醇 乙酰乙酸乙酯（乙酰乙酸乙酯（EAA法）法）丙二酸二乙酯（丙二酸二乙酯（EM法）法）RCHOR2CORCOLH2ORMgXH2ORMgXH2ORMgXRCHOHR2C-OHR-C-OHRRRR格氏试剂和羰基的反应第4页，共40页。5一、碳胳的生成H2ORXCN-HRCOOHRCH2NH2 增加一个增加一个CRMgXCH2H2CO+H2ORCH2CH2OH 增加二个增加二个CMgCO2HCNRCHO(

4、CH3)RXH2ORCOOHRCHOHCN第5页，共40页。6RCHCOOHH2SO4RCHOOH+RCH=CHRORCOOHRCOOHRCH=CRRO3RCHORRC=O+Zn/H2O+Ar-RArCOOHO 缩短碳链缩短碳链CO2 RCHCOOHG+RCH2GG为吸电子基一、碳胳的生成RCONH2霍夫曼降解反应Br2+NaOHRNH2RCOCH3NaOX甲基酮X2+NaOHRCOONaCHX3+第6页，共40页。7RCH-CH-R-HXOH-R-CRCX2-CX2-RXX-X2CRZnR-CR-CCRR-CR-C=CHRR-CH-CH2ROHRCH-CH2-RXOH-/醇H+R-C=CHR

5、3.形成叁键形成叁键4.形成双键形成双键+RCCRH2喹啉Pd/BaSO4RCCRHH+RCCRH2Na液氨RCCRHH一、一、碳胳的生成碳胳的生成第7页，共40页。85.15.1 由霍夫曼降解由霍夫曼降解生成烯烃为生成烯烃为霍夫曼烯烃，例如：霍夫曼烯烃，例如：NHCH3OH-NCH3 OHH3CCH3NH3CCH32 CH3I霍夫曼烯烃5.25.2 由氮氧化物由氮氧化物CopeCope消去反应生产顺式烯烃，例如：消去反应生产顺式烯烃，例如：CCCH3N+(CH3)2HCH3OHC6H5115oCCCCH3HC6H5CH3+CCHCH3C6H5CH396%0.1%5.其它反应形成双键其它反应形

6、成双键5.4 5.4 由由Wttig Wttig 反应由醛酮生成烯烃（略，参考反应由醛酮生成烯烃（略，参考1111章）章）5.3 5.3 由醋酸酯热分解反应生成烯烃：由醋酸酯热分解反应生成烯烃：OCOCH3HCH3CH3HHCH3HCH3CH3HCH3+顺式消除主要产物次要产物第8页，共40页。9二、形成碳环的反应二、形成碳环的反应 1小环的合成小环的合成 分子内的烷基化分子内的烷基化XYHOH-XY-分子内亲核取代YX-+X-+XYHOH-XY-分子内亲核取代Y第9页，共40页。X=卤代物或磺酸盐离子。Y=CN、-COR、COOR 等10二、形成碳环的反应 卡宾对烯的加成，生成环丙烷，例如：

7、卡宾对烯的加成，生成环丙烷，例如：CH2R-CH=CHR+CHHCCH2RR第10页，共40页。11+hv 2+2 环加成环加成 付付-克酰基化克酰基化普通环（五、六元环）普通环（五、六元环）分子内羟酸缩合。分子内羟酸缩合。CH2CH2CH2COOH-内酯OHH2CCH2OCH2CO二、形成碳环的反应二、形成碳环的反应 CH2CH2CH2COXAlCl3OZn/HgHCl第11页，共40页。12 狄克曼反应狄克曼反应（分子内酯缩合）主要用来合成五元环和六元环。（分子内酯缩合）主要用来合成五元环和六元环。(CH2)nCH2COOEtCH2COOEtEtONa(CH2)nCH2COOEt-CHCO

8、OEtEtO-(CH2)nCH2COCHCOOEtH2OOH-H+(CH2)nCH2CCH2O Diels-Alder反应反应 （双烯合成）（双烯合成）+二、形成碳环的反应 第12页，共40页。13COOCH3(CH2)8COOCH3NaHAc 二甲苯(H2C)6CHC OOH大环大环联姻缩合联姻缩合 （二酯在金属（二酯在金属Na条件下进行分子内缩合）条件下进行分子内缩合）二、形成碳环的反应 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯可合成任意环乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯可合成任意环 麦克尔加成（麦克尔加成（Michael反应）反应）CH2HCCOCH3CH3O+CH3ONaMicheal反应CH3OCH3O

9、OH-羟醛缩合CH3O第13页，共40页。14三、转换官能团的反应官能团的引入官能团的引入R-OHPX3X2RXRX 碳卤键的形成碳卤键的形成RXX2HXRH+hv+第14页，共40页。15三、转换官能团的反应 RCH2CH=CH2HXHBrH2O2NBSHOXRCH2CHXCH3 马氏规则RCH2CH2CH2Br 反马氏规则RCHBrCH=CH2 -取代RCH2CHXCHXRCH2CHCH2或Br2/高温X2OH X第15页，共40页。16三、转换官能团的反应 HNO3H2SO4HNaNO2H+HBF4HCl-CuClHBr-CuBrKIN2+FClBrIRC=CRRCH=CXRR CCRX

10、2HXXXFeBr3(Cl,Br)XX2第16页，共40页。17RCH=CH2H2O2OH-RCH2CH2OHROHRXH2OB2H6OH-RMgXHC HOR2CORCH2OHRRCHOHR3COHH2OH2OH2OH2OH2OH2OOH2CCH2RCH2CH2OHRCHOR CClOR CORO伯醇叔醇 碳氧键的形成碳氧键的形成 a 醇醇 COH三、转换官能团的反应 第17页，共40页。仲醇18三、转换官能团的反应 RCHOR2COR2CHOHHRCOORLiAlH4HRCH2OHRCH2OH仲醇伯醇 b酚酚 ArOH 异丙苯氧化法；异丙苯氧化法；氯苯水解法；氯苯水解法；磺化碱熔法；磺化碱

11、熔法；重氮盐水解法。重氮盐水解法。OHN2+H2OH+,KMnO4HO-OHOHOsO4OHOHOHHOC6H5COOOH+第18页，共40页。19 c醚醚 COC d 醛、酮醛、酮 积二卤代烃水解积二卤代烃水解 烃的氧化烃的氧化 醇的脱醇的脱H或氧化或氧化 羧酸的还原羧酸的还原 芳烃的酰基化芳烃的酰基化 乙酰乙酸乙酯合成酮类乙酰乙酸乙酯合成酮类三、转换官能团的反应 RXRONaRORROR-H2OCH2N2ROCH3+2ROHROH第19页，共40页。20+RCHCOOHRCCOOHRCHOCO2ORCCH3OHOORCHCH2COOHRCCH2COOHOHOO+CO2 羟酸的水解羟酸的水解

12、H2OHCOOHCORCHCOOHOHH2SO4浓RCHO+稀H2SO4RCHO+R2CCOOHOHH2SO4浓稀H2SO4R2COH2OCO+R2COHCOOH+，羟酸的氧化脱羧羟酸的氧化脱羧三、转换官能团的反应 第20页，共40页。21 e 羧酸羧酸 腈的水解腈的水解 格氏试剂与格氏试剂与CO2作用，水解作用，水解 醛、醇、取代芳烃烯烃的氧化水解醛、醇、取代芳烃烯烃的氧化水解 羧酸衍生物的水解羧酸衍生物的水解 甲基酮的氧化（卤仿反应，少一个碳）甲基酮的氧化（卤仿反应，少一个碳）丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯合成羧酸丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯合成羧酸 官能团的除去官能团的除去 取代芳烃（取代芳烃

13、（SO3H，N2+）羰基（还原亚甲基）羰基（还原亚甲基）羟基（脱水、加氢）羟基（脱水、加氢）A.KishnerWolff黄呜龙反应黄呜龙反应:NH2NH2,EtOH/KOH,180B.Clemmensen 还原法还原法:ZnHg，浓，浓HCl三、转换官能团的反应 官能团的转换官能团的转换第21页，共40页。22四、有机合成路线的设计 基本要求：基本要求：原料易得，最好无毒原料易得，最好无毒 反应步骤少反应步骤少 实验操作方便安全实验操作方便安全 反应产率高，付反应少，后处理简单反应产率高，付反应少，后处理简单 （易纯化）（易纯化）第22页，共40页。23四、有机合成路线的设计 1增长碳链增长碳

14、链例1C6H5CH=CH2C6H5CH2CH2CH2CH2CH3例例2：由三个碳原子以下化合物合成：由三个碳原子以下化合物合成2,2-二甲基戊酸。二甲基戊酸。OMgBrH2OOHHBrMg乙醚H2OCO2COOH-C6H5CH=CH2Br2HBr2NaNH2NH3CH3CH2CH2BrTMH2Pt第23页，共40页。24四、有机合成路线的设计 例3由三个碳原子以下的化合物合成CH2=CH-CH2-CH-C-CH2-CH3OCH3CH3CH2COOHCH3CH2OHH+CH3ONaCH3CH2COOC2H5CH3-CH-COOC2H5COCH2CH3酯缩合第24页，共40页。CH3ONaCH2=

15、CHCH2ClCH3-C-COOC2H5COCH2CH3CH2-CH=CH225四、有机合成路线的设计 例4合成C6H5C-CH2-CHCH2COOHOC6H5方法一方法一第25页，共40页。26四、有机合成路线的设计 方法二方法二第26页，共40页。27四、有机合成路线的设计 2碳环的合成碳环的合成 例5由甲苯合成CH3OOO+无水AlCl3CH3HOOCOZn/HgHClCH3HOOC多聚磷酸CH3O(CH3)2CHMgBrH2O脱水S脱氢第27页，共40页。28四、有机合成路线的设计 3保护基的作用保护基的作用 要求：要求：常见的保护方法：常见的保护方法：v 烯烯CCBr2Znv 醛、酮

16、通过缩醛（或酮）来保护。醛、酮通过缩醛（或酮）来保护。v 易于与被保护基反应。易于与被保护基反应。v 保护基团相对稳定。保护基团相对稳定。v 又容易除去。又容易除去。第28页，共40页。29v 醇羟基变成醚（或酯）来保护。醇羟基变成醚（或酯）来保护。四、有机合成路线的设计 ArOHNaOHCH3IIHArOCH3ArOHCH3I+v 酚羟基变成苯甲醚来保护。酚羟基变成苯甲醚来保护。例例6：H3CC CH2CCH3CH3OCH2BrH3CC CH2CCH3CH3OCH2COOH第29页，共40页。30四、有机合成路线的设计 例例7：由香茅醛合成：由香茅醛合成HOOC-CH2CH2CH(CH3)C

17、H2CHO（王浆酸）。（王浆酸）。例例8：由：由HOCH2CCH 合成合成 HOCH2CCCOOCH3。CH3CH2MgBrCO2CH3OHH+C CCOOCH3HOH2CC CHHOH2CO无无水水 H H+OOCH2C CH第30页，共40页。31四、有机合成路线的设计 4逆合成法逆合成法OHCH3CH3ab例9：BrMg(C2H5)2OCH3COCH3H3O+COHCH3CH3第31页，共40页。32四、有机合成路线的设计 例10：试设计2-苯基-2-丁烯的合成路线-H2OC CH3OHH3CHCC CH3H3CHC第32页，共40页。33H2OCH3CH2CCH3OMgBrH3O+CC

18、H3H3CHC 四、有机合成路线的设计 COOH例11：第33页，共40页。34四、有机合成路线的设计 例12：OHOHOOCHOOCO+OOOAlCl3Zn-HgSOCl2MgBrH2OAlCl3H3O+HCl第34页，共40页。35四、有机合成路线的设计 OOHOH3O+例13：OOHO第35页，共40页。36小结小结 官能团处先拆官能团处先拆 链分支处先拆链分支处先拆 碳碳杂原子键处先拆杂原子键处先拆 由两个官能团形成的官能团处先拆分为原官能团由两个官能团形成的官能团处先拆分为原官能团5.导向基的引入导向基的引入 （一个十分重要的合成技巧，常用NH2，SO3H）四、有机合成路线的设计 C

19、H3CH3Cl例例14第36页，共40页。37CH3H3CCHCH CH3H3CCH3 例例16：试设计：试设计2甲基甲基3（2，4二甲苯基）丁烷二甲苯基）丁烷四、有机合成路线的设计 例例15：由氯苯合成：由氯苯合成2,6-二硝基苯胺。二硝基苯胺。Cl磺化ClSO3H(分离邻位异构体)硝化H2OClNO2O2NNH3NH2NO2O2N100第37页，共40页。38四、有机合成路线的设计 CH3H3C第38页，共40页。39四、有机合成路线的设计 6合成路线的选择合成路线的选择 例例17：由苯合成苯乙酮。：由苯合成苯乙酮。例例18：从卤代烃合成羧酸可通过下列两种途径：从卤代烃合成羧酸可通过下列两

20、种途径：方法一：RXCO2H2OMg干醚RCOOHRXH2ORCOOH方法二：CN-方法二：C-CH3OCH3COClAlCl3第39页，共40页。方法一：CH2=CH2AlCl3CH2CH3Cl2光C-CH3ClCl水解C-CH3O40四、有机合成路线的设计 CO2Mg干醚CH3CH2-C-BrCH3CH3水解CH3CH2-C-COOHCH3CH3例例19：梨小食心虫性外激素的合成。：梨小食心虫性外激素的合成。合成路线：合成路线：先形成先形成-OH再引入炔键。再引入炔键。先形成炔键骨架，再引入先形成炔键骨架，再引入-OH。应用魏悌希反应。应用魏悌希反应。结构为：顺结构为：顺-8-正正-十二碳烯醋酸酯十二碳烯醋酸酯如：如：第40页，共40页。