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

《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》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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（101页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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）

7、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

8、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

9、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

10、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.

11、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；

12、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

13、。,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

14、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,

15、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

16、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

17、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

18、,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

19、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

20、、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,