有机合成第1章绪论基础知识课件.ppt

1、大学生的困惑大学生的困惑知识无用？知识无用？毕业生的出路在于明确目标只有实践才能承载理想 有趣的计算 如果令A、B、C、DX、Y、Z这26个英文字母，分别等于百分之1、2、3、424、25、26这26个数值，那么我们就能得出如下有趣的结论 work（工作）W+O+R+K=23+15+18+11=67%Knowledge（知识）K+N+O+W+L+E+D+G+E=11+14+15+23+12+5+4+7+5=96%Love（爱情）Luck（好运）L+O+V+E=12+5+22+5=54%L+U+C+K=12+21+3+11=47%M+O+N+E+Y=13+15+14+5+25=72%NO 是Mo

2、ney（金钱）吗？Its Attitude（心态）A+T+T+I+T+U+D+E=1+20+20+9+20+21+4+5=100%态度决定一切 有机合成课程内容有机合成课程内容l绪论及有机化学基础知识绪论及有机化学基础知识l有机合成化学的作用；有机合成原理（有机合成反有机合成化学的作用；有机合成原理（有机合成反应，反应热力学问题，反应动力学问题，热力学控应，反应热力学问题，反应动力学问题，热力学控制和动力学控制，反应的选择性）；高等有机合成制和动力学控制，反应的选择性）；高等有机合成的内容的内容;l 有机分子骨架的形成（碳碳键的形成，碳杂键有机分子骨架的形成（碳碳键的形成，碳杂键的形成，环的形

3、成与开裂）；官能团的导入、除去、的形成，环的形成与开裂）；官能团的导入、除去、互换及保护；逆合成分析法与有机合成设计；近代互换及保护；逆合成分析法与有机合成设计；近代有机合成技术和方法（有机电化学合成，有机光化有机合成技术和方法（有机电化学合成，有机光化学，微波辐射有机合成，声化学合成固相有机合成，学，微波辐射有机合成，声化学合成固相有机合成，无溶剂有机合成等）；生物化学合成及绿色合成；无溶剂有机合成等）；生物化学合成及绿色合成；有机合成实验技术。有机合成实验技术。l化学文献查阅化学文献查阅1.平时成绩平时成绩 a.作业作业 b.出勤出勤 c.课堂讨论、问课堂讨论、问答答2.期末笔试期末笔试第

4、一章第一章 绪绪 论论 有机合成是一门艺术。分子有机合成是一门艺术。分子-建筑。建筑。PdCl2C2H41/2O2H2OCH3CHOPd02HCl2CuClPd0PdCl22CuCl22CuCl2HCl2CuCl2H2OC2H41/2O2CH3CHO 利用化学方法将廉价易得的天然资源（如煤、石油、天然气、农副产品等）及其初步加工品和副产品（如电石、煤焦油等）加工为最基本的有机原料（如三烯、三苯B.T.X.、一炔、一萘），然后再合成为重要的有机原料（如乙醇、甲醛、乙酸、丙酮等）。韦克法韦克法+H2OH3PO4/CH2CH2285-305oC,21atmCH3CH2OH+O2V2O5/SiO230

5、0oC,21atmOOOH2SO4OCHO 利用重有机合成工业的产品进一步合成具有特殊性能而且直接用到实际中的产品。如医药、农药、染料、涂料、香料、食品添加剂、合成洗涤剂、石油添加剂、感光材料、化妆品、粘合剂、浮选剂、饲料添加剂、催化剂、汽车用化学品、增塑剂、炸药等等。精细有机工业合成特点精细有机工业合成特点 H.Koble，他于1845年实现了从元素单质合成乙酸，并第一次用到“合成”这个词来描述从其他物质制取化合物的过程。二、有机合成进展二、有机合成进展l有 机 合 成 的 另 一 个 里 程 碑 是有 机 合 成 的 另 一 个 里 程 碑 是 1 8 5 6 年年W.H.Perkin的苯

6、胺紫合成，这是第一个合的苯胺紫合成，这是第一个合成染料，被视为第一个工业精细有机合成。成染料，被视为第一个工业精细有机合成。l19世纪最重要的全合成是世纪最重要的全合成是 E.Fischer完成的（）完成的（）葡萄糖合成。葡萄糖合成。(+)-葡萄糖E.Fischer获获1902年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。lRobinson在在1917年通过仿生途径，从丁二醛，年通过仿生途径，从丁二醛，甲胺和丙酮二羧酸出发，仅用一步合成了托品甲胺和丙酮二羧酸出发，仅用一步合成了托品酮酮。Robinson获获1947年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。l有机合成进入有机合成进入R.B.Woodward时代。时代。

7、奎宁的结构奎宁的结构R.B.Woodward 获获1965年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。lJ.C.Sheehan领导的小组在二战结束后的领导的小组在二战结束后的1957年才最终完成青霉素年才最终完成青霉素V的全合成。的全合成。l有机合成进入有机合成进入E.J.CoreyE.J.Corey时代时代 l一是系统建立了逆合成分析方法一是系统建立了逆合成分析方法;l二是在全合成中设计、发展新的合成试二是在全合成中设计、发展新的合成试剂与方法剂与方法 。岩沙海葵毒素lKishiKishi教授于教授于19891989年完成了岩沙海葵毒素（年完成了岩沙海葵毒素（PalytixinPalytixin）羧酸的

8、全合成，是天然产物合成的一个里程碑。羧酸的全合成，是天然产物合成的一个里程碑。Taxol Taxol Brevetoxin B 化学反应是合成的基础，合成路线本来就是由一些化学反应是合成的基础，合成路线本来就是由一些具体的反应，按照一定的逻辑思维组合起来的。具体的反应，按照一定的逻辑思维组合起来的。合成目标化合物分子的骨架合成目标化合物分子的骨架 引入所需的官能团引入所需的官能团 解决好目标化合物的立体化学方面的要求解决好目标化合物的立体化学方面的要求合成一个有机化合物要考虑的核心问题不外是三个方面：合成一个有机化合物要考虑的核心问题不外是三个方面：碳胳的形成和变化碳胳的形成和变化 增长碳链或

9、增加支链增长碳链或增加支链 碳链的减短碳链的减短 碳环的合成碳环的合成 官能团的引入官能团的引入 官能团的相互转化官能团的相互转化1、碳原子成键、碳原子成键(杂化）理论杂化）理论Lewis电子结构式电子结构式电子可以配对成键（共价键），使原子能够形成电子可以配对成键（共价键），使原子能够形成一种稳定的惰性气体的电子构型八隅体一种稳定的惰性气体的电子构型八隅体(Octet)。(价电子层达到价电子层达到8个电子的稳定结构个电子的稳定结构)原子轨道及电子构型原子轨道及电子构型电子在核外空间出现概率最大的区域叫原子轨电子在核外空间出现概率最大的区域叫原子轨道（轨道）道（轨道）电子云的形状可以表达为轨道

10、形状电子云的形状可以表达为轨道形状1、碳原子成键、碳原子成键(杂化）理论杂化）理论共价键的类型：共价键的类型：键：电子云沿着键轴键：电子云沿着键轴(两核间连线两核间连线)方向以方向以“头碰头头碰头”的方式重叠而形成的共价键。的方式重叠而形成的共价键。例如：例如：HCl；Cl2；H2键：电子云沿着键轴的方向以键：电子云沿着键轴的方向以“肩并肩肩并肩”地方式重叠地方式重叠 而形成的共价键。而形成的共价键。例如：例如：N2，1S22S22P3+2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组4个个sp3轨道轨道C:1s22s22p2109.5o 2s 2px

11、 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组 3个个sp2轨道轨道 2pz120o 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组sp 2py 2pz180o中间体的杂化：中间体的杂化：注意：当碳负离子其它基团发生共轭时，其碳原子为注意：当碳负离子其它基团发生共轭时，其碳原子为 sp2 sp2杂化，为平面构型杂化，为平面构型卡宾（卡宾（Carbene）u六电子中心化合物六电子中心化合物u二价的碳化物二价的碳化物u有机反应活性中间体：有机反应活性中间体：u寿命很短、不能分离、能够寿命很短、不能分离、能够“捕获捕获”uu

12、缺电子物种，有亲电性缺电子物种，有亲电性卡宾的结构卡宾的结构单线态：碳采用单线态：碳采用sp2杂化杂化二氯卡宾二氯卡宾(基态基态)三线态：碳采用三线态：碳采用sp杂化杂化亚甲基卡宾亚甲基卡宾(基态基态)常见化合物的杂化：常见化合物的杂化：sp2HHHHOHHROHsp3羰基化合物：羰基化合物：醇：醇：酚：酚：平面结构：平面结构：HHN羧酸类化合物羧酸类化合物 胺类化合物：胺类化合物：硝基化合物：硝基化合物：重氮化合物：重氮化合物：HCN 2、共振结构式、共振结构式错误理解：混合物错误理解：混合物 互变异构互变异构书写原则：书写原则：核不动：所有原子的相对位置都保持不变，只有核不动：所有原子的相

13、对位置都保持不变，只有 电子移动电子移动数不变：未成对电子数相同（电子排列有差别）数不变：未成对电子数相同（电子排列有差别）1,3-丁二烯丁二烯不正确的共振式不正确的共振式书写共振式的方法：书写共振式的方法：1.1.写出一个你所熟知的共振极限式写出一个你所熟知的共振极限式2.2.在已写出的结构式骨架基础上将电子成对移动在已写出的结构式骨架基础上将电子成对移动电子转移规则电子转移规则n电子沿着电子沿着p键转移键转移 1,3-丁二烯丁二烯 n未成对电子转移成双键未成对电子转移成双键 碳酸根碳酸根n单电子转移形成单电子转移形成p键键 烯丙基自由基烯丙基自由基不是所有的共振式都是等价的不是所有的共振式

14、都是等价的n拥有最多八电子结构的共振式是最重要的拥有最多八电子结构的共振式是最重要的n拥有较少相反电荷分离的结构要比拥有较多拥有较少相反电荷分离的结构要比拥有较多n电荷分离的结构重要。电荷分离的结构重要。n电荷应该优先处于和其电负性一致的原子上电荷应该优先处于和其电负性一致的原子上H3CCOCH3H3CCOCH3H3CCOCH3 CH CH2CH3H2CCH CH2CH3H2CCH CH2CH3H2C最稳定，最稳定，贡献大贡献大较稳定，较稳定，贡献较大贡献较大不稳定，不稳定，贡献小贡献小注意：共振式与互变异构体的区别注意：共振式与互变异构体的区别 3、路易斯结构式、路易斯结构式1.1.用单键将

15、结构所有成键原子连接起来（也就是用单键将结构所有成键原子连接起来（也就是 共享电子对）共享电子对）2.2.如果有多余的价电子，将它们以孤对电子的形式如果有多余的价电子，将它们以孤对电子的形式 使尽可能多的原子满足八隅体结构。使尽可能多的原子满足八隅体结构。3.3.如仍有原子不满足八隅体结构，将尽可能多的孤如仍有原子不满足八隅体结构，将尽可能多的孤对电子变为共享电子对直到全部满足八隅体。对电子变为共享电子对直到全部满足八隅体。书写路易斯结构的简单、有效方法：书写路易斯结构的简单、有效方法：A Lewis structure is not complete unless formal charge

16、s(if any)are shown.CH2N2 叠氮化合物叠氮化合物 臭氧臭氧 硝基甲烷硝基甲烷 亚硝酰正离子亚硝酰正离子NO+一氧化碳一氧化碳思考题：写出下列化合物的路易斯结构式 不符合八隅体的例子不符合八隅体的例子只有第二周期元素并且有足够的价电子时才严格遵只有第二周期元素并且有足够的价电子时才严格遵守八隅体。守八隅体。u对于含奇数电子的物种来说，这种分配是不可能的对于含奇数电子的物种来说，这种分配是不可能的u一些第二周期的前几个元素的化合物，如硼烷，一些第二周期的前几个元素的化合物，如硼烷，缺少价电子缺少价电子u超出第二周期后的元素有可能多于超出第二周期后的元素有可能多于8 8个电子，

17、这个电子，这种现象被称为价层扩充。种现象被称为价层扩充。例如：例如：思考题：思考题：写出下列中间体的共振极限式，并指出贡献大小。写出下列中间体的共振极限式，并指出贡献大小。注意电荷分离式可能引起芳香性注意电荷分离式可能引起芳香性 比较标准：以比较标准：以H为标准为标准常见的吸电子基团（吸电子诱导效应用常见的吸电子基团（吸电子诱导效应用-I-I表示）表示）NO2 CN F Cl Br I CC OCH3 OH C6H5 C=C H常见的给电子基团（给电子诱导效应用常见的给电子基团（给电子诱导效应用+I表示）表示）(CH3)3C (CH3)2C CH3CH2 CH3 Hu带正电荷的基团具有吸电子诱

18、导效应，带负电荷的带正电荷的基团具有吸电子诱导效应，带负电荷的基团具有给电子诱导效应。基团具有给电子诱导效应。CCCHCHHHHHCHCHH2CCH2CHCHH2CCHCH3CH3CHCH2CH2CHH3CCH2CHCH2H2CCHCH2CCC.+HHHHH+CH2 CH CH2+CH2=CH-CH2.CH2=CH-CH2-CH2 CH CH2.CH2 CH CH2-CH2=CH-ClCCCl.HHH例如：氯乙烯，烯丙基氯例如：氯乙烯，烯丙基氯 定义：当定义：当C-H 键与键与键（或键（或p电子轨道）处于共轭电子轨道）处于共轭位置时，也会产生电子的离域现象，这种位置时，也会产生电子的离域现象，

19、这种C-H键键 电电子的离域现象叫做超共轭效应。子的离域现象叫做超共轭效应。在超共轭体系中，电子偏转的趋向用弧型箭头表示。在超共轭体系中，电子偏转的趋向用弧型箭头表示。-超共轭超共轭-p 超共轭超共轭HHHC CH CH23.超共轭效应超共轭效应 Hyperconjugation特点：特点：1.超共轭效应比共轭效应弱得多。超共轭效应比共轭效应弱得多。2.在超共轭效应中，在超共轭效应中，键一般是给电子的，键一般是给电子的，C-H 键越多，超共轭效应越大。键越多，超共轭效应越大。-CH3 -CH2 R -CH R2 -CR3酸碱性定性比较：比较共轭碱的稳定性酸碱性定性比较：比较共轭碱的稳定性共轭碱

20、的稳定性越大（电子效应来判断），酸性越强共轭碱的稳定性越大（电子效应来判断），酸性越强乙酸乙酸 取代乙酸取代乙酸 苯甲酸（对硝基、甲氧基）苯甲酸（对硝基、甲氧基）酸碱理论：酸碱理论：碱性强弱可通过电子密度来碱性强弱可通过电子密度来判断，由此可判断反应活性判断，由此可判断反应活性，改善反应条件。，改善反应条件。CCHCOOCH3H3COOH3CCHCOOCH3HHH3CCHCOOCH3H3CCHCOOCH3CCHCOOCH3H3COOCCHCOOCH3H3COOCCHCOOCH3H3COO1212Lewis Acid-Base ReactionsDrawing a Curved Arrowfro

21、m the source of electronsto the destination of electronsR.Robinson热力学控制产物和动力学控制产物热力学控制产物和动力学控制产物 n 构象构象(comformation)和构象异构体和构象异构体开链烷烃的构象开链烷烃的构象CHHCHHHHCHHCHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH12211122锯锯架架式式SawhorserepresentationNewman投投影影式式Newman projection伞形式锯锯架架式式SawhorserepresentationNewman投投影影式式Newman pr

22、ojectionu Fisher投影式与其它表达式的转化投影式与其它表达式的转化CH3OHHHOHCH3CH3HOHCH3OHH2332CH3HOHCH3OHH23注意：注意：Fisher投影式是重叠式构象投影式是重叠式构象 a键键(axial bond)、直立键、直立键e键键(equatorial bond)平伏键平伏键u 立体化学中常用的标记方法立体化学中常用的标记方法u1.D/LOHHCH2OHCHOHOHCH2OHCHO在标准的在标准的Fisher投影式中，手性碳原子横键上较投影式中，手性碳原子横键上较大基团在右侧为大基团在右侧为D构型，较大基团在左侧为构型，较大基团在左侧为L构型构型

23、OHHCH2OHCHOHOHCH2OHCHOCHOHHOOHHOHHCH2OHOHH2.Erythro/threo：赤藓糖赤藓糖苏阿糖苏阿糖在标准的在标准的Fisher投影式中，相邻两个手性碳横键上的投影式中，相邻两个手性碳横键上的 较大基团在同侧称为赤式，较大基团在异侧称为苏式。较大基团在同侧称为赤式，较大基团在异侧称为苏式。赤式赤式erythro苏式苏式threoCH3CH3ClHHBrCH3CH3ClHHBr43214321 3、R/S 对映异构体对映异构体OHHCH2OHCHOHOHCH2OHCHO构型（构型（R、S）的快捷判定法）的快捷判定法 当最小（优先）基团在横向位置时，其它三个

24、当最小（优先）基团在横向位置时，其它三个基团优先顺序按顺时针排列的，则为基团优先顺序按顺时针排列的，则为S型（变），型（变），如按逆时针排列的，则为如按逆时针排列的，则为R型（变）。型（变）。当最小基团在竖向时，其它三个基团的优先次当最小基团在竖向时，其它三个基团的优先次序按顺时针排列的，则为序按顺时针排列的，则为R型，如按逆时针排列型，如按逆时针排列的，则为的，则为S型。型。Camphor(樟脑）樟脑）由于桥联的作用，没有非对映体由于桥联的作用，没有非对映体1R,4R 1S,4S 结结 论论 l两原子任意交换一次，分子的构型改变一次，得两原子任意交换一次，分子的构型改变一次，得到对映体。到对

25、映体。联苯型联苯型O2NCO2HNO2HO2CNO2HO2CO2NCO2H命名：近端命名：近端 远端远端CCCHClHCl轴手性化合物：轴手性化合物：4、Syn（同侧）（同侧）/anti（异侧）（异侧）The main chain is drawn as a zig-zag,and lies in the plane of the paper.Substituents that lie on the same side of the plane are termed syn and those that do not are termed anti.Syn anti A/B syn 5、Re 面面/Si面面 Prochirality(前手性前手性)A molecule that is achiral but that can become chiral by a single alteration is a prochiral molecule6、endo/exo四、常用术语四、常用术语1、波谱常用缩写2、常用取代基3、常见缩写 -p546谢谢