南开大学有机合成要点

主要讲授基础有机化学有关合成的基本知识,对掌握合成的基本思路方法有一定的帮助。特别对考研的同学

有机合成设计

第二章

有机合成设计的基础知识

要既能扎扎实实地掌握有机合成的技术，又能 机动灵活地领会有机合成的策略，首先要全面了解 有关有机合成及路线设计的基础知识。 基本知识包括：有机合成的要点、有机合成路 有机合成的要点、 有机合成的要点 线设计的基本方法，有机合成反应的选择性， 线设计的基本方法，有机合成反应的选择性，碳链 的官能团化与官能团的转化以及合成子的理论等。

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有机合成设计

2.1 有机合成的要点 以周期表为依据 以羰基化合物为中心 键结(bonding) 键结(bonding)的方式和键的极性 对等性(Equivalent) 对等性(Equivalent) 氧化态

反应的种类

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有机合成设计

2.1 有机合成的要点 以周期表为依据虽然古老的说法认为有机化学只是C、H、O、N和卤素的化学， 但现代有机合成化学已经扩充到周期表中各种元素，进行各种类型 的反应。 如硼、硅、磷、硫、砷等元素参与的为中心的元素有机化学； 卤代烷中的氟代物，无论是单氟代，还是多氟代都有特殊的性质， 就形成了有机氟化学。 有机金属化学(尤其是过渡金属的有机分子络合物)的兴起，不 仅在有机化学和有机合成化学方面做出了很大的贡献，而且在无机 与有机之间构筑了一座广宽的桥梁。 就涉及元素的种类来说，有机化学和无机化学已逐步接近。

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2.1 有机合成的要点 以羰基化合物为中心: 以羰基化合物为中心:

在众多有机基团中，羰基是一种很活泼的 基团。很多有机反应都涉及这种基团。 如：醛、酮分子之间的羟醛缩合反应，醛 被氧化成羧酸衍生物的反应，醛、酮还原成醇 的反应，醛、酮转化为含氮化合物的反应等。 此类反应在有机合成中居于枢纽地位。

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2.1 有机合成的要点 键结(bonding)的方式和键的极性 键结(bonding)基本的键结(也可叫键联)方式有两类：碳与碳相结和碳与非 碳原子相结(即与官能团相结)。 有机合成化学中的最根本课题：碳骨架的建立和碳与官能团的 结合。 有机合成中考虑键结时，应以逻辑式逆推的方法：将键结拆开 (disconnection of bonding)形成两个极性部分，再在合成设计 时将这两个极性部分作为两个反应物经合成反应发生键结。 例如，要合成C-N的键结，就可考虑键结的极性是δ+C-Nδ -(或是 C+与N-)。前者可以是常见的卤代烷，而后者可以是常 见的胺类。卤代烷与胺作用形成 C-N 键结。

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2.1 有机合成的要点 对等性(Equivalent) 对等性(Equivalent)这是有机合成化学中常用的专用术语

R

C

OR' CNR

+C

δ- δ+

I CH3OR' CN

OR' H3+O C CH3 CNR C O

R

R C O CH3

氰醇类的碳负离子与碘甲烷作用后，水解得甲基酮类

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2.1 有机合成的要点R δ+ δC O H

+

Na+CN

R H

C

OH CN

R H

C

OH CN

R H

C

OR' strong base R CN

C

OR' CN

合成子是指可用于有机反应中的合成单位。(对等性)

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2.1 有机合成的要点 氧化态氧化态的问题不仅在无机化学中很重要，在有机化 学中同样很重要。这涉及有机反应中非常重要的氧化还 原反应。一般说，在有机化学反应中一个分子中某原子 的绝对的氧化态并不特别重要，但作用过程中氧化态的 变化，即相对的氧化态是很重要的。 碳原子在各种不同的状态下，氧化态是不同的，是 变化的。这是有机反应本质的问题。甲烷、乙烷、乙烯、 乙炔中碳的氧化态是不同的。它们可用还原(氢化)联 系起来。

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2.1 有机合成的要点 氧化态

含氧有机物中醇、醛、羧酸及其衍生物、碳酸及其 衍生物中碳的氧化态也不相同。元素有机化合物的氧化 态的不同更为明显。 氮的氧化态 硫的氧化态 磷的氧化态 硅的氧化态

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2.1 有机合成的要点反应的种类: 反应的种类:(i) 骨架和官能团都无变化

O OH

O OH

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2.1 有机合成的要点反应的种类: 反应的种类:(ii) 骨架不变，仅官能团变 ii) 骨架不变，

CH3

KMnO4 H+ CrO3+ H2SO4

CO2H Br2 + Fe

COOH

Br

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2.1 有机合成的要点反应的种类: 反应的种类: (iii) 骨架变化和官能团不变化 iii)O

+ CH2

N N

+

O

N

OCH2+

O

CH2 N N2O CH2N2

O

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2.1 有机合成的要点反应的种类: 反应的种类:(iv) 骨架和官能团都变化 iv)CHO H H CH N CH3 H CO2+ O Ca2

CO2 2H2O N CH3 CO2 O Ca2 +

+CHO

+H

CH

CO2CO2H

H+

N CH3

O 2 CO2 CO2H

N CH3

O

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2.1 有机合成的要点反应的种类: 反应的种类:(iv) 骨架和官能团都变化 iv)H OH H+

+

H2O

分子内消除

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2.1 有机合成的要点反应的种类: 反应的种类:(iv) 骨架和官能团都变化 iv)

17 18

15

13

11 10

C

O H

H2OC2 4 6

OH8

9

+HO2C

H

H H

蓖麻酸的热裂解(由大变小)

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格氏反应(Grignard 格氏反应(Grignard Reaction)反应通式：C OCl

δ- δ+

R MgXHCOH H3O+

R C OMgXCH2OH

Mg Et2O

GrignardCH3MgBr +

O

Et2O

H3 O +

OH CH3

O MgBr +

Et2O

H3O+

OH CH3

MgBr +

O

Et2O

H3O+

OH CH3

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2.2

有机合成路线设计的基本方法要做好有机合成路线设计， 要做好有机合成路线设计，除了对有机合

成技术要熟练掌握以外， 很重要的是要有科学 成技术要熟练掌握以外 ， 的思维方法， 即要有逻辑思维。

的思维方法 ， 即要有逻辑思维 。 这方面也有一 些固定的原则和成熟的方法。 些固定的原则和成熟的方法。

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2.2 有机合成路线设计的基本方法2.2.1 合成路线设计的原则与基本方法 逆合成法(Retrosynthesis) (1)逆合成法(Retrosynthesis) 逆合成法是有机合成路线设计的最简单， 逆合成法是有机合成路线设计的最简单 ， 最 基本的方法。 基本的方法。其他一些更复杂的设计方法都是建 立在此方法的基础上的， 立在此方法的基础上的，所以我们首先要掌握逆 合 成 法 ( 有 时 也 叫 做 反 合 成 法 ， antithetic synthesis) 整个思路也可称为逆( synthesis ) 。 整个思路也可称为逆 ( 反 ) 合成 分析。 分析。

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2.2 有机合成路线设计的基本方法2.2.1 合成路线设计的原则与基本方法

逆合成法(Retrosynthesis) (1)逆合成法(Retrosynthesis)合成是指从某些原料出发，经过若干步反应，最后合 成出所需的产物。最后产物就是合成目标物，或叫“目 标分子”(target molecule,TM)。实际上。进行合成 路线设计时是反其道而行之，即从目标分子的结构出发， 逐步地考虑，先可由哪些中间体合成目标物，再考虑由 哪些原料合成中间体。最后的原料就是“起始物” (starting material,SM)。这种方法就是“逆合成”。

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2.2 有机合成路线设计的基本方法2.2.1 ( 2) 合成路线设计的原则与基本方法 分子简化法(Simplication) 分子简化法(Simplication)CH2OCH2CH3 H 1 R R' 2 CH2OH H

CH3(CH2)3CH2

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2.2 有机合成路线设计的基本方法2.2.1 ( 2) 合成路线设计的原则与基本方法 分子简化法(Simplication) 分子简化法(Simplication)

如一个分子有明显的对称性， 如一个分子有明显的对称性 ， 在考虑它的合 成法时就应充分利用其对称性来简化合成方法。 成法时就应充分利用其对称性来简化合成方法。