有機(jī)合成基礎(chǔ)知識(shí)

1、第二章 官能團(tuán)化和官能團(tuán)轉(zhuǎn)換的基本反應(yīng),2.1 官能團(tuán)化,2.1.1 烷烴的官能團(tuán)化,2.1.2 烯烴的官能團(tuán)化,2.1.3 炔烴的官能團(tuán)化,2.1.4 芳烴的官能團(tuán)化,2.1.4.1 芳環(huán)上的親電取代反應(yīng),2.1.5 取代苯衍生物的官能團(tuán)化,一、原有兩個(gè)取代基不是同一類，一般由 鄰、對位定位基決定第三個(gè)基團(tuán)的位置,二、原有兩個(gè)取代基是同一類，強(qiáng)定位基決 定第三個(gè)基團(tuán)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(tuán)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(yīng)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(yīng),內(nèi)式（90％）,外式,吡咯的親電取代、親核取代反應(yīng),噻吩的親電取代、加成反應(yīng),2.1.5.2 六元雜環(huán)化合物,2.2 官能團(tuán)的轉(zhuǎn)換,2.2.1 羥基的轉(zhuǎn)換,2.2.2 含鹵化合物的轉(zhuǎn)換,2.2.3 醛、酮的

3、的轉(zhuǎn)換,2.2.4 羧酸及其衍生物的轉(zhuǎn)換,2.2.5 硝基的轉(zhuǎn)換,2.2.6 氰基的轉(zhuǎn)換,以周期表為依據(jù)　　　 雖然古老的說法認(rèn)為有機(jī)化學(xué)只是Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ和鹵素的化學(xué)，但現(xiàn)代有機(jī)合成化學(xué)已經(jīng)擴(kuò)充到周期表中各種元素，進(jìn)行各種類型的反應(yīng)。如硼、硅、磷、硫、砷等元素參與的為中心的素有機(jī)化學(xué)；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(zhì)，就形成了有機(jī)氟化學(xué)。有機(jī)金屬化學(xué)（尤其是過渡金屬的有機(jī)分子絡(luò)合物）的興起，不僅在有

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

5、鍵結(jié)（也可叫鍵聯(lián)）方式有兩類：碳與碳相結(jié)和碳與非碳原子相結(jié)（即與官能團(tuán)相結(jié)）。有機(jī)合成化學(xué)中的最根本課題：碳骨架的建立和碳與官能團(tuán)的結(jié)合。有機(jī)合成中考慮鍵結(jié)時(shí)，應(yīng)以邏輯式逆推的方法：將鍵結(jié)拆開（disconnection of bonding）形成兩個(gè)極性部分，再在合成設(shè)計(jì)時(shí)將這兩個(gè)極性部分作為兩個(gè)反應(yīng)物經(jīng)合成反應(yīng)發(fā)生鍵結(jié)。 例如，要合成Ｃ－Ｎ的鍵結(jié)，就可考慮鍵結(jié)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(jié)。,對等性（Equivalent） 這是有機(jī)合成化學(xué)中常用的專用術(shù)語　　氰醇類的碳負(fù)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(jī)反應(yīng)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(jī)化學(xué)中很重要，在有機(jī)化學(xué)中同樣很重要。這涉及有機(jī)反應(yīng)中非常重要的氧化還原反應(yīng)。一般說，在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中一個(gè)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(jī)反應(yīng)本質(zhì)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(jī)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(jī)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(yīng)的種類:（i） 骨架和官能團(tuán)都無變化,反應(yīng)的種類: （ii） 骨架不變，僅官

8、能團(tuán)變,反應(yīng)的種類: （iii）骨架變而官能團(tuán)不變,反應(yīng)的種類: （iv） 骨架和官能團(tuán)都變化,R. Robinson(托品酮，1917），1947年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),反應(yīng)的種類: （iv） 骨架和官能團(tuán)都變化分子內(nèi)消除,反應(yīng)的種類: （iv） 骨架和官能團(tuán)都變化蓖麻酸的熱裂解（由大變?。?格氏反應(yīng)(Grignard Reaction),有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,要做好有機(jī)合

9、成路線設(shè)計(jì)，除了對有機(jī)合成技術(shù)要熟練掌握以外，很重要的是要有科學(xué)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(shè)計(jì)的原則與基本方法（1）逆合成法（Retrosynthesis） 逆合成法是有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的最簡單，最基本的方法。其他一些更復(fù)雜的設(shè)計(jì)方法都是建立在此方法的基礎(chǔ)上的，所以我們首先要掌握逆合成法（有時(shí)也叫做反合成法，antithetic synthesis）。整個(gè)思路也可稱為

10、逆（反）合成分析。,有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,2.2.1 合成路線設(shè)計(jì)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(yīng)，最后合成出所需的產(chǎn)物。最后產(chǎn)物就是合成目標(biāo)物，或叫“目標(biāo)分子”（target molecule，TM）。實(shí)際上。進(jìn)行合成路線設(shè)計(jì)時(shí)是反其道而行之，即從目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，逐步地考慮，先可由哪些中間體合成目標(biāo)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(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,2.2.1 合成路線設(shè)計(jì)的原則與基本方法 （2）分子簡化法（Simplication）,有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,2.2.1 合成路線設(shè)計(jì)的原則與基本方法 （2）分子簡化法（Simplication） 如一個(gè)分子有明顯的對稱性

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

13、種拆解的方法，就需要加以比較，確定應(yīng)采用何種合成方法。在下例中，逆合成箭頭上標(biāo)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(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,（4） 拆解（Disconnection）,有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,（4） 拆解（Disconnection）,有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,

14、（4） 拆解（Disconnection）（i） 會(huì)集法（Convergence）,有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,（4） 拆解（Disconnection）（i） 會(huì)集法（Convergence）,有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,（4） 拆解（Disconnection）（i） 會(huì)集法（Convergence）,有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,（4）

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

16、iii） 在共同碳原子處拆開,有機(jī)合成設(shè)計(jì) 2.2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的基本方法,（4） 拆解（Disconnection） （IV） 避免大環(huán)的合成,有機(jī)合成設(shè)計(jì)合成設(shè)計(jì)的實(shí)例,,有機(jī)合成設(shè)計(jì)合成設(shè)計(jì)的實(shí)例,有機(jī)合成設(shè)計(jì)合成設(shè)計(jì)的實(shí)例,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2. 3 有機(jī)合成反應(yīng)的選擇性 有機(jī)合成路線既然是邏輯性的,可以預(yù)先設(shè)計(jì),那么經(jīng)過設(shè)計(jì)的合成反應(yīng)除了要有高產(chǎn)率外,也要具

17、有選擇性。選擇性很好的反應(yīng)以產(chǎn)生唯一的目標(biāo)物為最佳結(jié)果，避免分離化合物時(shí)費(fèi)力的困擾。,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),合成反應(yīng)的選擇性大致分為: 化學(xué)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(xué)控制（thermodynamic control）

18、 動(dòng)力學(xué)控制（kinetic control） 前者與產(chǎn)物的穩(wěn)定性或能量有關(guān)；后者是反應(yīng)活能的比較，常受電子效應(yīng)或間效應(yīng)的影響。,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2．4碳鏈的官能團(tuán)化和官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化2.4.1 烷基的官能團(tuán)2.4.2 烯烴的官能團(tuán)化2.4.3 炔烴的官能團(tuán)化2.4.4 鹵代烷的官能團(tuán)化,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2.4.5 醇的官能

19、團(tuán)化2.4.6 羧酸及其衍生物的官能團(tuán)化2.4.7 芳環(huán)化合物的官能團(tuán)化2.4.8 含氮化合物的官能團(tuán)化2.4.9 雜環(huán)化合物的官能團(tuán)化,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2.4.5 醇的官能團(tuán)化2.4.6 羧酸及其衍生物的官能團(tuán)化2.4.7 芳環(huán)化合物的官能團(tuán)化2.4.8 含氮化合物的官能團(tuán)化2.4.9 雜環(huán)化合物的官能團(tuán)化,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有

20、機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2.4.5 醇的官能團(tuán)化2.4.6 羧酸及其衍生物的官能團(tuán)化2.4.7 芳環(huán)化合物的官能團(tuán)化2.4.8 含氮化合物的官能團(tuán)化2.4.9 雜環(huán)化合物的官能團(tuán)化,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2.4.5 醇的官能團(tuán)化2.4.6 羧酸及其衍生物的官能團(tuán)化2.4.7 芳環(huán)化合物的官能團(tuán)化2.4.8 含氮化合物的官能團(tuán)化2.4.9

21、雜環(huán)化合物的官能團(tuán)化,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2. 5 關(guān)于合成子的理論 合成子(Synthons)是進(jìn)行有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)時(shí),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(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2.5.1 合成子的概念 (1) 合成子是有機(jī)合成反應(yīng)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(shí)際存在的？ 2.5.2 合成子的極性轉(zhuǎn)換 2.5.3 合成子與穩(wěn)定性,有機(jī)合成設(shè)計(jì)第二章 有機(jī)合成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),2. 5 關(guān)于合成子的理論 合成子(Synthons)是進(jìn)行有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)時(shí),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(jī)合成反應(yīng)中的基本單位 (2) 合成子的有效性 (3) 合成子是否一定是實(shí)際存在的？ 2.5.2 合成