有机合成路线设计总结讲述课件

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所谓有机合成就是从简单易,合成目标化合物分子的骨架,引入所需的官能团,目标化合物的立体化学方面的要求,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。,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,增长碳链或增加支链,碳链的减短,碳环的合成,官能团的引入,官能团的相互转化,二、有机合成的基本反应, 合成目标化合物分子的骨架 引入所需的官能团 目,或,ZnCl,2,增长碳链或增加支链：,1.,增加一个碳原子的反应,无水乙醚, H,2,O / H,+, R-MgX + HCHO RCH,2,OH,无水乙醚, H,2,O / H,+, R-MgX + CO,2,RCOOH, R-X + NaCN R-CN RCOOH,H,2,O / H,+,其中：,R-X,为,脂肪族,伯卤代烃,HCHO,H,C,l,+,+,CH,2,Cl,A,l,C,l,3,或,ZnCl,2,Y,Y,其中：,Y,为,供电子基,C,O,H,C,l,+,+,C,H,O,A,l,C,l,3,或ZnCl2 增长碳链或增加支链：1. 增加一个碳原子的,C,R,H,O,H,C,N,C,R,H,O,H,C,N,-,氰,醇,8,应,用,范,围,：,醛,、,甲,基,脂,肪,酮,、,C,以,下,环,酮,C,C,O,O,H,O,H,R,H,-,羟,基,酸,2,H,O,H,+,2.,增加二个碳原子的反应,R,C,H,2,C,H,2,O,H,H,3,O,+,R,M,g,X,C,H,2,C,H,2,O,R,C,H,2,O,M,g,X,C,H,2,+,3.,增加多个碳原子的反应, R-C CH R-C CNa R-C C-R,/,其中：,R,/,为,伯卤代烃,X,为,Cl,、,Br,、,I,NaNH,2,R,/,X,CRHOHCNCRHOHCN-氰醇8应用范围：醛、甲基脂肪,铜锂试剂反应,傅,-,克反应,武慈反应,R-X + R-X R-R,其中：,R,/,最好为,伯烷基,X,为,Cl,、,Br,、,I,Na,R-X R-Li R,2,CuLi R-R,/,Li,CuI,R,/,X,其中：,R,/,最好为,伯烷基；,R,一般,无限制,X,为,Cl,、,Br,、,I,+ R-X,R,（或烯、醇）,A,l,C,l,3,烷基化：,R,3,时,重排产物,为,主, 铜锂试剂反应 傅-克反应 武慈反应R-X +,羟醛缩合,C,H,O,+,O,H,-,Zn-Hg,2 CH,3,(CH,2,),4,CHO CH,3,(CH,2,),4,CH=C-CHO,(CH,2,),3,CH,3,-,O,H,自身缩合：,交叉缩合：,CH,3,-C-C(CH,3,),3,O,=,CH=CH-C-C(CH,3,),3,O,=,酰基化：,+,CH,3,CH,2,CH,2,-C-Cl,C-,CH,2,CH,2,CH,3,（或酸酐）,A,l,C,l,3,O,=,O,=,CH,2,CH,2,CH,2,CH,3,HCl, 羟醛缩合CHO+OH-Zn-Hg 2 CH3(CH2),格氏试剂与羰基化合物反应,C,R,R,/,O,H,R,/,-C-H,（,R,/,）,O,=, RMgX /,无水乙醚, H,2,O / H,+,H,（,R,/,）,R,/,-C-X,O,=, RMgX /,无水乙醚, H,2,O / H,+,R,/,-C-R,O,=, RMgX /,无水乙醚, H,2,O / H,+,C,R,R,/,O,H,R,R,/,-C-,OR,/,O,=, RMgX /,无水乙醚, H,2,O / H,+,R,/,-C-R,O,=, RMgX /,无水乙醚, H,2,O / H,+,C,R,R,/,O,H,R,其中：,R,、,R,/,、,R,/,为,烷基,、,芳基,X,为,Cl,、,Br, 格氏试剂与羰基化合物反应CRR/OH R/-C-H（,乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯的反应,R-X,C,2,H,5,ONa,CH,3,-C-CH,2,-C-OC,2,H,5,=,O,=,O,CH,3,-C-CH-C-OC,2,H,5,=,O,=,O,R, H,+, ,稀,OH,-,浓,OH, ,-, H,+,R,-CH,2,C-OH,=,O,CH,3,-C-CH,2,-,R,=,O,酮式分解,酸式分解,CH,2,(COOC,2,H,5,),2,C,2,H,5,ONa,CH(COOC,2,H,5,),2,Na,-,+,R-,CH(COOC,2,H,5,),2, H,+,，, OH / H,2,O,-,R-,CH,2,COOH,R-X, 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯的反应R-XC2H5ONaCH3,维荻希试剂与醛酮的反应,季,膦,盐,-,R,R,/,C,H,(,p,h,),3,P,R,/,R,/,C=O +,R,/,R,/,C=C,R,R,/,R,、,R,/,、,R,/,、,R,/,可以为,H,、,-R,、,-Ar,、,-COOR,等,碳链的减短,不饱和烃的氧化,RCH=CHR,/,RCOOH + R,/,COOH,KMnO,4,H,+,R-C=CH,2,R-C=O + CO,2,KMnO,4,H,+,R,/,R,/,R-C CH RCOOH + CO,2,KMnO,4,H,+,CH,2,CH,2,CH,3,-CH(CH,3,),2,KMnO,4,H,+,COOH,-COOH, 维荻希试剂与醛酮的反应季膦盐-RR/CH(ph)3PR,不饱和烃与臭氧作用,卤仿反应,R-C=CHR,/,R-C=O + R,/,CHO, O,3, Zn / H,2,O,R,/,R,/,X,为,Cl,、,Br,、,I,R-CHCH,3,CHX,3, + R-COONa,X,2,+ NaOH,或,NaOX,OH,R-C-CH,3,CHX,3, + R-COONa,X,2,+ NaOH,或,NaOX,O,=,脱羧反应,R-COONa + NaOH,（,CaO,）,R-H,R-C-NH,2,R-NH,2,O,=,Br,2,+ NaOH,或,NaOBr + NaOH,霍夫曼降解反应, 不饱和烃与臭氧作用 卤仿反应R-C=CHR/,碳环的合成,双烯合成（,D-A,反应）,二元羧酸脱羧,+,X,-X,其中：,X,为,吸电子基，,反应容易进行,CH,2,COOH,CH,2,COOH,CH,2 n,（ ）,（ ）,C=O,CH,2,CH,2,CH,2 n,其中：,n,= 2,，,3,卡宾反应,C = C + CH,2,N,2,C C,CH,2,h,C = C + CHCl,3,C C,C,Cl,Cl,(CH,3,),3,COK, 碳环的合成 双烯合成（D-A反应） 二元羧酸脱,荻克曼缩合反应,傅克酰基化反应,CH,2,C-OC,2,H,5,CH,2,C-OC,2,H,5,O,=,O,=,CH,2 n,C,2,H,5,ONa,-C,2,H,5,OH,（ ）,（ ）,C=O,CH,2,CH,COOC,2,H,5,CH,2 n, H,+, OH,-,（ ）,C=O,CH,2,CH,2,CH,2 n,其中：,n,= 2,，,3,O,O,=,O,=,+,A,l,C,l,3,O,=,C,=,O,C,HO,Zn-Hg,HCl,O,=,C,HO,O,=,C,Cl,=,O,=,O,A,l,C,l,3,SOCl,2,多聚磷酸, 荻克曼缩合反应 傅克酰基化反应CH2C-OC2H5,官能团的引入,1.,引入卤素,-CH,3,+ Cl,2,-CH,2,Cl,-CH,3,Cl-,h,Fe,-CH,3,-CH,2,Br,NBS,Cl,2, CH,3,CH,2,CH=CH,2,NBS,500,CH,3,CHCH=CH,2,CH,3,CHCH=CH,2,Br,Cl, 官能团的引入1. 引入卤素-CH3+ Cl2-CH2,X,2, R-CH=CH,2,HX,R-CHCH,2,R-CH-CH,3,X,X,HBr,过氧化物,X,R-CH,2,-CH,2,Br,（符合马氏规则）,（违反马氏规则）, R-C CH,X,2,HX,R-C=CH,R-C=CH,2,X,X,X,R-CCH,R-CCH,3,X,X,X,X,2,HX,X,X,X,2.,双键或三键的形成, R-CH-CH-R,/,R-CH=CH-R,/,+ HX, R-CH-CH-R,/,R-CH=CH-R,/,+ H,2,O,NaOH,H,2,SO,4,乙醇,X,H,OH,H,170,X2 R-CH=CH2HXR-CHCH2R-CH-, R-CH-CH-R,/,R-CH=C-R,/,R-C C-R,/,NaOH,乙醇,X,X,NaNH,2,X, R,2,C=O + R,/,CH=P(C,6,H,5,),3,R,2,C=CHR,/,3.,引入羟基, R-CH=CH,2,H,2,O,R-CH-CH,3,OH, (BH,3,),2,H,2,O,2,/ OH,-,R-CH,2,CH,2,OH,（符合马氏规则）,（反马氏规则）,H,2,SO,4, R-C=O R-CH-OH,H,（,R,/,）,H,（,R,/,）, H , O , H = LiAiH,4,、,NaBH,4,、,H,2,/ Ni,、,Pt,、,Pd,等, R-COOR,/,R-CH,2,OH + R,/,OH, H , H = LiAiH,4,、,C,2,H,5,OH + Na,、,H,2,/ Ni,、,Pt,、,Pd,等, R-CH-CH-R/, R-CH,2,X RCH,2,OH,H,2,O / OH,-,PX,3,、,PX,5,、,SOCl,2,格氏试剂合成法,HCHO R-CH,2,OH, RMgX /,无水乙醚, H,2,O / H,+,R, RMgX /,无水乙醚, H,2,O / H,+,R,/,-C-,R,/,O,=, RMgX /,无水乙醚, H,2,O / H,+,R,/,-C-OH,R,R,/,R,/,-CHO R,/,-CH-OH,二元醇的制备,C = C C C,稀、冷,KMgO,4,或,OsO,4,OH,OH,顺式产物,R-CH-CH,2,R-CH-CH,2,O,H,2,O / H,+,反式产物,OH,OH, R-CH2X,4.,引入羰基,HC CH + H,2,O CH,3,CHO,HgSO,4,H,2,SO,4,R-C CH + H,2,O R-C-CH,3,HgSO,4,H,2,SO,4,=,O, CH,2,=CH,2,+ O,2,CH,3,CHO,PdCl,2,-CuCl,2,R-CH=CH,2,+ O,2,R-C-CH,3,=,O,PdCl,2,-CuCl,2,R-CH=C,R-CHO + O=C, O,3, Zn / H,2,O,R,/,R,/,R,/,R,/, R-CH-R,/,R-C-R,/,KMnO,4,=,O,OH,4. 引入羰基 HC CH + H2O,5.,醚键的形成,2 ROH R-O-R + H,2,O,H,2,SO,4,合成对称醚,威廉姆逊合成法,R-ONa + R,/,-X R-O-R,/,+ NaX,其中：,R,=,伯、仲、叔烷基,R,/,=,伯、仲（不能为叔）烷基,环醚的合成,硫酸二甲酯合成酚醚,+ (CH,3,),2,SO,2,-O-CH,3,-OH,140,R-CH=CH,2,+ O,2,R-CH-CH,2,Ag,200300,O,R-CH=CH,2,+ HOCl R-CH-CH,2,R-CH-CH,2,O,Ca(OH),2,OH,Cl,5. 醚键的形成 2 ROH,6.,其它一些反应, C=O -CH,2,-,克莱门森还原法,:,沃尔夫,-,黄鸣龙还原法,:,炔烃选择加氢合成烯烃,R-C-R,/,R-CH,2,-R,/,Zn-Hg,HCl,R-C-R,/,R-CH,2,-R,/,H,2,N-NH,2,，,NaOH,二缩乙二醇,=,O,=,O,R-C C-R,/,Na + NH,3,液,H,2,/ BaSO,4,或,Pd / C,或,Lindlar,试剂,C = C,C = C,R,R,R,/,R,/,H,H,H,H,顺式加成,反式加成,H,2,SO,4, RCH,2,CH,2,-OH R-CH=CH,2,RCH,2,CH,3,H,2,Ni,170,6. 其它一些反应 C=O,O,=,7.,芳环上引入,-X,、,-NO,2,、,-NH,2,、,-SO,3,H,、,-R,、,-C-R,O,=,-X,-NO,2,-R,-C-R,-NH,2,-SO,3,H,X,2,FeX,3,或,Fe,H,2,SO,4,+ HNO,3,Fe + HCl,H,2,SO,4, SO,3,或浓,H,2,SO,4,R-X,AlCl,3,R-C-X,AlCl,3,O,=,O=7. 芳环上引入-X、-NO2、-NH2、-SO3H、-,官能团的相互转化,R-COCl R-CONH,2,R-COOR,/,(RCO),2,O,R-COOH,NH,3,R,/,OH,NH,3,NH,3,H,3,O,+,H,3,O,+,H,2,O,H,2,O,R,/,OH,R,/,OH,P,2,O,5,SOCl,2,2.,羧酸及其衍生物的转换,1.,卤素、羟基、氨（胺）、羰基、羧基的转换,R-OH R-C- R-COOH,R-MgX,R-X,R-NR,2,R-NH,2,R-NHR,R-COOH R-CN R-CH,2,NH,2, H , O , O ,NaCN,H,3,O,+,R-X,R-NH,2,NH,3,PX,3,H,2,O / OH,-,Mg, CO,2, H,3,O,+,O,=, 官能团的相互转化R-COCl,在有机合成中，往往要考虑到某些官能团也会受到反应试剂或条件的影响而产生副反应，甚至影响整个合成过程。因此在合成时必须采取对某些受影响的基团暂时转换为另外的稳定的结构，而进行保护措施，待反应完毕再使基团复原。,在选择保护基时要符合下列要求,:,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的各种条件下是稳定的。,保护基易于在温和条件下除去。,三、官能团的保护,在有机合成中，往往要考虑到某些官能团也会受到,R,=,伯,、,仲,、,叔,烃基,四氢吡喃醚,：对,碱,、,格氏试剂,、,烷基锂,、,催化加氢,及,一些,氧化剂,稳定,。但对,酸,不稳定,。,转变成醚,醚,：对,格氏试剂,、,还原剂,、,氧化剂,、,碱,稳定,。,1.,醇羟基的保护,四氢吡喃醚,ROH +,H,+,O,O,R-O-,四氢吡喃醚,H,2,O / H,+,ROH + HO(CH,2,),4,CHO,ROH R-O-CPh,3,Ph,3,CCl,CH,3,COOH / H,2,O,R = 伯、仲、叔烃基四氢吡喃醚：对碱、格氏试剂、烷基锂、催,2.,酚羟基的保护,苯甲醚,：对,碱,、,氧化剂,、,还原剂,等,稳定,，但对,酸,不稳定,。,OH,OCH,3,CH,3,I,或,(CH,3,),2,SO,4,HI,，,3.,醛、酮、羰基的保护,缩醛（酮）,：对,还原剂,、,氧化剂,、,碱,、,格氏试剂,稳定,，,但对,酸,不稳定,。,R-C-R,/,O,=,C,R,R,/,O,O,HOCH,2,CH,2,OH /,干,HCl,H,2,O / H,+,R-C-H,O,=,C,R,H,O,CH,3,O,CH,3,CH,3,OH,H,2,O / H,+,2. 酚羟基的保护苯甲醚：对碱、氧化剂、还原剂等稳定，但对酸,4.,羧基的保护,R-COOH R-COOCH,3,CH,3,OH / H,+,H,2,O / H,+,或,OH,-,5.,氨基的保护,NH,2,NH,3, SO,4,H,+,-,H,2,SO,4,NaOH,间位基,CH,3,COCl,或,(CH,3,CO),2,O,NHCOCH,3,NH,2,邻对位基,H,2,O / H,+,或,OH,-,6.,双键的保护,卤代烃,：对,碱,、,氧化剂,、,还原剂,稳定,R-CH=CH-R,/,R-CHCH-R,/,X,X,X,2,Zn,4. 羧基的保护R-COOH,当我们为一个目标化合物设计了几条可能的合成路线时，可以根据几条原则来评估各条路线的优劣，从而选择最佳路线。,有机合成路线的选择原则,:,7.,芳环位置的保护,H,2,O / H,+,H,2,SO,4,SO,3,H,四、选择合成路线的步骤和方法,当我们为一个目标化合物设计了几条,选择路 线原则,结构上要求,碳架的形成,官能团的引入,经济上要求,原料易得，便宜,产物易分离，收率高，副,步骤要求简单,反应经典，可发生，条件,温和，对环境污染小,反应少,反应,步骤少,，,收率要高,是选择合成路线的重要因素。,如化学反应：,A,AB,ABC,ABCD,B,C,D,假如反应,每步产率,90%,，则,3,步后总产率,为,(0.9),3,100 =,73%,假如反应,每步产率,70%,，则,3,步后总产率,为,(0.7),3,100 =,34%,选择路 线原则结构上要求碳架的形成官能团的引入经济上要求,平衡法：,A AB ABC,B,C,D DE DEF,E,F,ABCDEF,90%,90%,90%,90%,90%,其中只有,3,步连续，,总产率,为（,0.9),3,100 =,73%,A AB ABC ABCD ABCDE ABCDEF,B,C,D,E,F,如用,5,步反应，,每步产率,90%,，,直线法：,则,5,步后总产率,为（,0.9),5,100 =,59%,原料易得,是指合成要用些,基本的原料,。常用“,三烯一炔,”（,乙,、,丙,、,丁烯,及,乙炔,），“,三苯一萘,”（,苯,、,甲苯,、,二甲苯,及,萘,）及小于,C,4,原子的,醇类,和,甲醛,、,乙醛,、,草酸,、,卤苯,、,环己烷,、,丙二酸二乙酯,等。,平衡法：A AB ABC,实验方法切实可行，包括实验室方法或工业方法，因为并非所有的反应都有合成意义。,另外，尽量使用经典的反应，若不平常的反应过多，失败的机会也会多，且关键的反应越早出现越好，即决定整个合成成败的反应应尽早出现。如果关键反应在整个合成路线的后面，一旦失败，就前功尽弃。,首先分析产物的结构要求,包括,碳架,、,官能团,及其,位置立体化学,要求等。,利用倒推（,逆向合成,）法思考。,从产物的,结构,回忆所有可能的,合成方法,，确定初步,合成的方案。,2.,解合成题的基本方法,实验方法切实可行，包括实验室方法或工业方法，,有机合成,设计就是在合成一个化合物之前，研究、设计,最佳的合成路线,，它是有机合成成败的关键，目前有机合成路线设计多采用,逆向合成法,。,其特点是,先剖析目标分子的结构,，从目标分子开始，逆推至中间物，逐步,倒推到原料,，并要考虑如何从简便的原料开始（经过哪些反应）合成出目标分子。,从头,完成反应式,，,重要的条件,要,注明,，如反应的,温度,、,压力,、,催化剂,、,溶剂,等。,对,目标分子,A,，可能的,中间物,（,B,、,C,、,D,、,E,）或,起始原料,（,F,、,G,O,、,P,）。,A,目标分子（,T.M.,）,B C D E,F G,H I,J K L,M N O P,“,合成树”,有机合成设计就是在合成一个化合物之前，研究、设,在进行有机合成时，一般用,割切法,，如何割切则有多种方法，但其中有,一部分割切,是没有意义的，要找到最佳的割切方法，可根据如下,原则,割切：,最大程度简化,b,a,从,a,处分割：,C CH,3,CH,3,OH,a,C CH,3,+ CH,3,MgBr,O,=,CH-CH,3,OH,-MgBr,+ CH,3,-CHO,从,b,处分割：,C CH,3,CH,3,OH,b,-MgBr,+ CH,3,-C-CH,3,O,=,如：合成,C CH,3,CH,3,OH,二甲基环戊基甲醇,3.,目标分子拆分的一般方法,:,在进行有机合成时，一般用割切法，如何割切则有,从反应活性来考虑,如：合成,C,=,O,O,O,b,a,从,a,处分割：,C,=,O,O,O,a,从,b,处分割：,C,=,O,O,O,b,C-CH,2,Br +,=,O,O,O,O,=,Br-C-CH,2,O,O,+,O,O,CH,2,I,I,HO,HO,+,.,.,酰卤反应活性大于卤代烃，且环上电子云密度高，有利于酰基化反应。, 从反应活性来考虑如：合成C=OOOba从a 处分割：C,考虑问题要全面,如：合成,-O-CH,2,CH,2,CH,2,CH=CH,2,a,b,+ NaOCH,2,CH,2,CH,2,CH=CH,2,X,从,a,处分割：,O-CH,2,CH,2,CH,2,CH=CH,2,a,+ BrCH,2,CH,2,CH,2,CH=CH,2,ONa,+ BrMgCH,2,CH=CH,2,C,H,2,C,H,2,O,HO-CH,2,CH,2,CH,2,CH=CH,2,O-CH,2,CH,2,CH,2,CH=CH,2,从,b,处分割：,b, 考虑问题要全面如：合成-O-CH2CH2CH2CH=C,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,有机合成路线设计总结讲述课件,