西北大学有机化学第二十五章有机化学总结和讨论(有机合成).ppt
第二十五章,有机化学总结和讨论（有机合成）,2,一、各类有机化合物的合成方法,三、合成题的解法,四、有机合成的基本要求,五、官能团的保护,第二十五章有机化学总结和讨论（有机合成）,六、重要的机理,二、碳架的建造,3,概述：,有机合成是有机化学的重要组成部分和有机化学工业的基础。,研究有机化合物的物理、化学和生理性质，一定要先有样品，在几千万种有机化合物中，已成为商品的毕竟是极少数（5万多种），因此在科学研究中离不开合成工作。,新研究领域的探索更离不开合成，往往是合成了一类新化合物后，随之出现了新的研究课题和研究领域。即“化学创造自己的研究对象”,有机化学包括：合成、分析、理论。,4,有机化学工业是在有机合成所创造的大量新化合物的基础上发展起来的，也需要合成新的产品和改进旧的合成方法，求得新的发展。,有机合成任务：建造有机分子。,有机分子的结构包括：,官能团的种类和位置,实施手段：官能团位移、转换；产生官能团、消除官能团；接长碳链、缩短碳链、重组碳架、环合、开环。,有机反应的灵活运用是做好合成题的基础。,5,一、各类有机化合物的合成方法,1.烷烃,6,2.烯烃,7,3.炔烃,4.卤代烃,8,9,5.醇,10,11,6.酚,异丙苯氧化法,+,12,中和,碱熔,也可用于制备：,磺酸盐碱熔法,卤苯的水解,350,13,+,+,+,重氮盐水解法,7.醚,14,8.醛、酮,醇的氧化和脱氢,由炔烃及偕二卤代物制备,15,由烯烃制备,Friedel-Crafts反应,90%,例：,16,酰卤的还原,R：烷基或芳基,Rosenmund还原,盖特曼考赫（Gattermann-Koch）反应,在催化剂作用下，芳烃和HCl、CO混合物作用。,17,由酰卤与有机金属化合物制备,羟醛缩合制备不饱和醛、酮,安息香缩合反应制备-羟基酮,酮醇缩合反应制备-羟基酮,威尔斯迈尔（Vilsmeier）反应制备芳环上有强活 化基团的芳醛。,瑞穆尔梯曼（ReimerTiemann）反应制备水杨醛,18,9.羧酸,氧化法,伯醇氧化,醛氧化,环酮的氧化,烃的氧化,19,卤仿反应制备少一个碳的羧酸：,腈化物的水解,腈在酸性或碱性溶液中水解生成羧酸，腈由伯卤代烷与氰化钾发生SN2反应制备。,20,不反应,用来从伯卤代烷制备增长一个碳原子的羧酸。,反应速率太慢,注意,格氏试剂法,（干冰）,用来从卤代烷（伯、仲、叔）制备增长一个碳原子的羧酸。,21,酰卤 用羧酸与SOCl2,PCl3,PCl5反应来制备,酸酐,用干燥羧酸钠盐与酰氯制备单酐或混酐,羧酸失水制备酸酐，特别用于二元酸失水制备环酐,+,注：,10.羧酸衍生物,酯,羧酸与醇在酸催化作用下直接酯化,羧酸盐与活泼卤代烷反应合成,酰卤的醇解,酰胺,酰氯、酸酐的氨（胺）解,铵盐加热失水,22,11.胺,氨或胺的直接烃化,加布里埃尔（Gabriel）合成法,伯胺,N烃基邻苯二甲酰亚胺,邻苯二甲酰亚胺,23,还原法,硝基化合物还原,主要用来制备芳伯胺,还原方式：化学还原，催化氢化,化学还原：,a.酸性还原,b.选择还原,c.碱性还原,催化氢化：常用催化剂：Ni，Pt，Pd,催化氢化是硝基化合物转变为伯胺的一种既干净又方便的方法，中性条件下进行，用于在酸性或碱性条件下 易 水 解 的 基 团 的 硝 基化合物。,24,酰胺、肟和腈的还原,a.酰胺的还原,酰胺在醚中用LiAlH4处理可把羰基还原为亚甲基，制备伯、仲、叔胺。,伯胺,仲胺,叔胺,醚,醚,醚,25,b.肟的还原,醛、酮与羟胺（H2NOH）生成肟，肟是不饱和含氮化合物，可通过催化氢化，氢化铝锂还原制备伯胺。,c.腈的还原,以伯卤代烃为原料，制备增加一个碳原子的伯胺。,26,醛、酮的还原胺化,醛亚胺,伯胺,酮亚胺,仲碳伯胺,伯胺,席夫碱,仲胺,+,+,+,27,仲胺,醇胺,叔胺,还原试剂：Ni，H2 兰尼Ni，H2,+,特殊还原试剂：,氰基氢硼化钠（NaBH3CN）的醇溶液。,它的还原能力比硼氢化钠弱，用这种还原剂还原，只还原中间产物不还原醛、酮。因为还原氨化是一步完成的反应，反应体系中有醛酮以及中间产物。,28,酰胺的霍夫曼（Hofmann）重排,指酰胺与氯或溴在碱溶液中反应，生成少一个碳原子的 伯 胺 的 反 应。,或,曼尼许(Mannich)反应,具有 H的酮与甲醛（或其它简单脂肪醛）及铵盐（伯、仲胺的盐）水溶液反应，生成 氨基 酮。,+,+,29,12.1,3-二羰基化合物(-羰基化合物),相同酯之间的缩合,酯的分子内缩合,不同酯之间的缩合,酮与酯的缩合,无-氢的酯与有-氢的酯的缩合,无-氢的酯与酮的缩合,13.1,5-二羰基化合物,迈克尔加成反应:,-不饱和羰基化合物与具有活 泼亚甲基的化合物反应。,30,14.1,4-二羰基化合物,由-酮酸酯和-卤代酮或-卤代羧酸酯制备 1,4-二羰基化合物,由酮和-卤代羧酸酯或-卤代酮制备 1,4-二羰基 化合物,31,15.1,6-二羰基化合物,32,16.-羟基羰基化合物及,-不饱和羰基化合物,-不饱和羰基化合物：,-羟基羰基化合物脱水,-羟基醛或酮：羟醛缩合反应,佩金反应(Perkin):芳醛与活泼亚甲基化合物的反应,诺文葛尔反应(Knoevenagel):醛、酮与活泼亚甲基 化合物的反应,瑞弗尔马斯反应(Reformatsky),醛或酮与-溴代酸酯在惰性溶剂中与锌粉反应,33,17.-羟基酸,18.-羟基酮,安息香缩合；酮醇缩合,二苯羟乙酸重排,34,19.-羟基羰基化合物,环己酮的-氢不活泼,35,二、碳架的建造,碳-碳键的生成,给予电子的碳电子给予体,接受电子的碳电子接受体,合成子：在切断时所得出的概念性的分子碎片，通常 是个离子；,36,电子给予体（亲核试剂）：富电子体,碳负离子或潜在的碳负离子都是电子给予体,烯醇盐型电子给予体,37,为了保证烯醇盐有足够的浓度，必须根据化合物的酸性大小选择强度适当的碱。,38,烯胺型电子给予体,在芳烃的烃化和酰化反应中，芳烃是电子给予体,39,电子接受体（亲电试剂）：缺电子体,卤代烷和磺酸烷基酯（相当于碳正离子）,羰基碳,CO2电子接受体,例：CO2与格氏试剂反应,40,环氧化合物接受电子后开环，生成含羟基的产物,例：环氧化合物与格氏试剂反应,在迈克反应中，,-不饱和羰基化合物起着电子接 受体的作用,生成碳-碳键的反应：（碳链增长）,a.金属有机化合物与卤代烷的偶联反应；b.金属有机化合物与羰基，氰基的加成反应；c.金属有机化合物与环氧化合物的开环反应；d.各类缩合反应；,41,e.炔烃，芳环，酮，酯，-二羰基化合物和-羰基 腈的烷基化和酰基化反应；f.酮的双分子还原；g.酯的双分子还原；h.环加成反应；i.烯烃的羰基化反应。,42,重要的缩合反应包括：醇醛缩合；Claisen 缩合反应；酯缩合反应（Claisen-Schmidt 缩合）；Mannich 反应；Knoevenagel 反应；Darzens 反应；Reformatsky 反应；Benzoin 缩合反应；Perkin 反应；Wittig 反应；Michael 加成反应；Robinson 缩环反应,43,碳-碳键的断裂（碳链缩短）,a.一元羧酸的脱羧反应；b.二元羧酸的脱羧脱水反应；c.烯，炔，酮，芳烃侧链，-二醇和-羟基醛或酮 的氧化断裂反应；d.甲基酮的卤仿反应；e.酰胺的 Hofmann 降解反应；f.Curtius 重排反应；,44,g.Schmidt 重排反应；h.环加成的逆反应；i.-二羰基化合物的酮式分解和酸式分解；j.酯缩合的逆反应；k.酯的热裂；l.四级铵盐的热裂(Hofmann 消除)；m.氧化胺的 Cope 消除反应。,45,碳架重组的反应是各种重排反应，包括：a.Wegner-Meerwein 重排；b.频哪醇(Pinacol)重排；c.异丙苯氧化重排；d.Bechmann 重排；e.Favosky 重排；f.Baeyer-Villiger 氧化重排；g.Hofmann 重排;h.联苯胺重排;i.Benzilic acid重排;g.Claisen 重排;k.Fries 重排;l.Cope 重排,46,成环和开环,环的闭合：,三元环：a.丙二酸酯与1,2-二卤代烷的烷基化反应；b.烯烃和卡宾的反应；四元环：a.丙二酸酯与1,3-二卤代烷的烷基化反应；b.烯烃光二聚的反应；五元环：a.狄克曼关环反应；b.1,3-偶极环加成反应；c.丙二酸酯与1,4-二卤代烷的烷基化反应；,47,六元环：a.Diels-Alder 反应；b.苯环的还原 反应；c.酯的烷基化反应；更大的环系：a.分子内羟醛缩合反应；b.酮醇缩合反应。,环的打开与切断碳链的手段类似。,48,三、解合成题的方法,解合成题要注意合成路线的合理程度和可操作性。如果一个通过简便经济的路线就能合成的化合物，而同学设计了一条步骤多、原料难得、操作不便、费用昂贵的合成路线，那么应该明确地说，即便设计的每一步反应都是合理和正确的，但它的整体合成路线仍然是不合理的，不可取的。这样的设计出现在试卷上，不能得分。,要求：原料、反应试剂、必要反应条件和产物，按 规范化的格式进行书写。,49,倒推法（逆合成分析法）：,逆合成原理是以合成子概念和切断法为基础，从目标化合物出发；通过官能团转换或键的切断；去寻找一个又一个前体分子（合成子），直至前体分子为最易得的原料为止，这是完成合成设计的一条有效途径。,逆合成分析过程包括：a.识别目标分子；b.对目标分子进行逆向分析；c.制定合成路线,50,常用术语：,切断：一种分析法，这种方法是将分子中的一个键切断 使目标分子转变成为一种可能的原料；,官能团互换：把一个官能团换写成另一个官能团，以使 切断成为可能的一种方法；,合成等价物：一种能起合成子作用的试剂。合成子常由 于其本身太不稳定而不能直接使用；,合成子：在切断时所得出的概念性的分子碎片，通常是 个离子；目标分子：最终要合成的分子；通常用TM表示。,51,例1 用不多于5C的醇合成：,分析：,52,53,合成路线1：,54,合成路线2：,55,例2 用少于3C的化合物合成：,分析：,56,合成路线：,57,四、有机合成的基本要求,利用逆合成分析方法可找出许多合成路线，但我们必须从中找出一个最佳的路线。,原料容易得到；,反应步骤少；,试剂普通而便宜；,实验室操作要简便；,副反应少、产率要高；,例1：以适当原料合成,58,方法1：,常用试剂,方法2：,常用试剂,6步,59,方法3：,方法4：,方法1：3步，合成1次格氏试剂。,方法2：6步，合成2次格氏试剂。,方法1较方法2好，在工业上，合成大量格氏试剂比较困难。,60,方法3与方法1比较，都是3步，但方法3中第3步是催化氢化，较麻烦，要加压，但工业上可以，所以此法在工业合成中较适用。,方法4中步骤多，而且所用试剂B2H6很贵，且实验室不好保存，所以不适合。,注意：一般总是从醇制备卤代烷，而不用卤代烷制备醇。但下面的合成是可以的。,61,例2：以适当原料合成,方法1：,方法2：,易得,不易得,方法3：,62,方法4：,63,例3：从乙烯和丙烯合成,解:,64,65,例4：从苯合成,解法1：,66,解法2：,解法3：（与解法2相比较理想）,67,解法4：,68,例5：从乙烯和丙烯合成,69,例6：从环己烯合成1,6-庚二醇,70,例7：从不超过4C的醇合成：2-甲基丁醛；正丁基异丁基酮,解,解法1：,解法2：,71,解,72,例8：,例9：,73,例10 用不超过四个碳的简单有机原料合成下列化合物：,逆合成分析：,74,合成路线:,75,例11 用苯和四个碳以下的简单有机原料合成下列化合物：,76,逆合成分析：,77,合成路线:,H+,78,例12 用苯,三个或三个碳以下的有机原料和适当 的无机试剂合成：,79,逆合成分析：,80,合成路线：,81,例13 用不超过五个碳的简单有机原料合成下列化合物：,逆合成分析：,82,合成路线：,83,例14 用不超过五个碳的简单有机原料合成下列化合物：,逆合成分析：,84,合成路线：,85,五、官能团的保护,各种官能团都有多种保护基，下面举例说明：,醛、酮与醇生成缩醛、缩酮来保护,例1：,解：,86,解：,例2：从甘油合成,87,制备,例3：从,解：,88,例4：从,制备,解：,羟基与异丁烯生成叔丁醇醚来保护,叔丁基醚比较活泼，用硫酸可使醚键断裂，利用这一性质常用来保护羟基。,89,例：由,+,制备,解：,90,利用选择性试剂来保护,官能团的保护使合成步骤增加，在有些请况下可以用特殊的选择性试剂。,例:,例:,91,六、重要的反应机理,反应机理是对反应过程的详细描述。因此，解反应机理题应详尽具体，中间过程不能省略。注意涉及到的电子转移(电子对转移表示，单电子转移表示)。答好机理题的首要条件是熟悉各类基本反应的机理，并能将这些机理重现、改造和组合。,92,碳正离子机理,碳正离子的形成：,亲电加成反应机理,93,碳正离子的反应：,烯烃,取代产物,稳定碳正离子,亲电加成产物,亲电取代产物,94,例：写出下列反应机理：,芳环上的消去-加成机理,中间体为苯炔（卤代苯在强碱作用下形成），涉及到亲核试剂。,例1：写出下列反应机理：,95,例3：写出下列反应机理：,例2：写出下列反应机理：,96,苯环上亲电取代机理,正离子（碳正离子、酰基正离子）进攻富电子的苯环，中间体为苯碳正离子。,例：写出下列反应机理：,97,碳负离子机理,碳负离子形成途径：活泼-C上氢在醇钠作用下形成。,例：写出下列反应机理：,自由基取代机理,例：写出下列反应机理：,98,饱和碳原子上的亲核取代机理,频呐醇重排机理,异丙苯氧化制苯酚、丙酮的机理,拜尔-维利格氧化机理,羟醛缩合反应机理（碱催化、酸催化）,卤仿反应机理（碱催化、酸催化）,羟醛缩合反应的逆机理,醛、酮与醇加成反应的机理,歧化反应(Cannizzaro)机理,99,例：写出下列反应机理：,二苯羟乙酸重排机理,拜克曼（Beckman）重排机理,迈克尔（Michael）反应机理,安息香缩合反应机理,例1：写出下列反应机理：,2,100,例2：写出下列反应机理：,瑞穆尔梯曼（ReimerTiemann）反应,例：写出下列反应机理：,101,碱性双分子酰氧断裂（BAc2）,(21)酸性双分子酰氧断裂（AAc2）,(22)霍夫曼(Hofmann)重排反应机理,(23)腈的水解反应机理（酸催化、碱催化）,(24)酯缩合反应机理,(25)酯缩合反应逆机理,
