化学竞赛有机合成课件.ppt

1、1、有机合成的一般原则。、有机合成的一般原则。2、引进各种官能团的方法。、引进各种官能团的方法。3、有机合成中的基团保护。、有机合成中的基团保护。4、导向基。、导向基。5、碳链增长与缩短的基本反应。、碳链增长与缩短的基本反应。6、有机合成中的选择性。、有机合成中的选择性。【知识点击知识点击】一、有机合成的一般原则一、有机合成的一般原则1、反应步骤较少，总产率高。一个每步产率为、反应步骤较少，总产率高。一个每步产率为80%的十步合成的十步合成的全过程产率仅为的全过程产率仅为10.7%，而每步产率为，而每步产率为40%的二步合成的全过的二步合成的全过程产率可达程产率可达16%。因此要尽可能压缩反应

2、步骤，以免合成周期过。因此要尽可能压缩反应步骤，以免合成周期过长和产率过低。长和产率过低。2、每步的主要产物易于分离提纯。要力求采用只生成一种或主、每步的主要产物易于分离提纯。要力求采用只生成一种或主要生成一种的可靠反应，避免生成各种产物的混合物。要生成一种的可靠反应，避免生成各种产物的混合物。3、原料易得价格便宜。通常选择含四个或少于四个碳原子的单、原料易得价格便宜。通常选择含四个或少于四个碳原子的单官能团化合物以及单取代苯等作为原料。官能团化合物以及单取代苯等作为原料。在实际合成中，若欲合成芳香族化合物时，一般不需要合成芳在实际合成中，若欲合成芳香族化合物时，一般不需要合成芳香环，尽量采用

3、芳香族化合物作为起始物，再引入官能团；若欲香环，尽量采用芳香族化合物作为起始物，再引入官能团；若欲合成脂肪族化合物时，关键的步骤是合成碳骨架并同时考虑官能合成脂肪族化合物时，关键的步骤是合成碳骨架并同时考虑官能团的引入，引入的官能团可能并非为所需产物中的官能团，但可团的引入，引入的官能团可能并非为所需产物中的官能团，但可以通过官能团的转变，形成所需产物中的官能团。以通过官能团的转变，形成所需产物中的官能团。二、有机物的合成方法二、有机物的合成方法（一）芳香族化合物的合成（一）芳香族化合物的合成1、合成苯环上仅连有一个基团的化合物、合成苯环上仅连有一个基团的化合物 一般以苯为原料，通过芳香烃的亲

4、电取代反应引入基团，如一般以苯为原料，通过芳香烃的亲电取代反应引入基团，如表表 17-1；通过芳香重氮盐的亲核取代反应引入基团，如表；通过芳香重氮盐的亲核取代反应引入基团，如表17-2；也可以通过活化的芳香卤烃的亲核取代引入基团，如表也可以通过活化的芳香卤烃的亲核取代引入基团，如表17-3。2、合成苯环上仅连有两个基团的化合物、合成苯环上仅连有两个基团的化合物 如果所需合成的化合物两个基团相互处于邻位或对位，则其如果所需合成的化合物两个基团相互处于邻位或对位，则其中至少有一个基团属于邻、对位定位基；如果所需合成化合物两中至少有一个基团属于邻、对位定位基；如果所需合成化合物两个基团相互处于间位，

5、至少有一个基团属于间位定位基。例如：个基团相互处于间位，至少有一个基团属于间位定位基。例如：Br NO2 Ar ArH 合成苯环上含有两个基团的化合物时，如果两个两个基团合成苯环上含有两个基团的化合物时，如果两个两个基团相互处于邻位或对位，而两个基团都不是邻、对位定位基或两相互处于邻位或对位，而两个基团都不是邻、对位定位基或两个基团相互处于间位，但都不是间位定位基，在这两种情况下，个基团相互处于间位，但都不是间位定位基，在这两种情况下，一般不能依靠其中一个基团的定位作用将另一个基团引入所需一般不能依靠其中一个基团的定位作用将另一个基团引入所需的位置上，而需要通过中间转化过程来实现。具体办法有：

6、的位置上，而需要通过中间转化过程来实现。具体办法有：（1）对于亲电取代反应，在合成顺序中，若会形成邻、对位）对于亲电取代反应，在合成顺序中，若会形成邻、对位定位基中间体，则进行亲电取代反应，例如由苯合成对硝基苯定位基中间体，则进行亲电取代反应，例如由苯合成对硝基苯甲酮。甲酮。（2）引入一种基团，这种基团具有一定的定位作用，待第二基）引入一种基团，这种基团具有一定的定位作用，待第二基团引入后，再除去这种基团，例如由苯合成间二溴苯。团引入后，再除去这种基团，例如由苯合成间二溴苯。3、当用取代苯作为起始物时，可通过改变起始物取代基转化、当用取代苯作为起始物时，可通过改变起始物取代基转化的先后顺序来决

7、定最终产物分子中基团的相对位置，例如由甲的先后顺序来决定最终产物分子中基团的相对位置，例如由甲苯合成硝基苯甲酸。苯合成硝基苯甲酸。在将两个基团引入到苯环上时，应考虑以下两个问题：在将两个基团引入到苯环上时，应考虑以下两个问题：（1）在由选择余地时，首先引入最强的致活基团或最弱的致）在由选择余地时，首先引入最强的致活基团或最弱的致钝基团进入苯环。钝基团进入苯环。（2）要特别注意某些反应条件的要求。）要特别注意某些反应条件的要求。有下述两种合成途径：有下述两种合成途径：显然第一条途径较好，在引入致活基团显然第一条途径较好，在引入致活基团C2H5后有利于第二步反后有利于第二步反应；而第二条途径引入的

8、应；而第二条途径引入的Br是致钝基团，下一步付是致钝基团，下一步付克反应不能进克反应不能进行。行。（二）脂肪族化合物的合成（二）脂肪族化合物的合成 在合成脂肪族化合物时，首先要考虑的问题是如何建立碳架；在合成脂肪族化合物时，首先要考虑的问题是如何建立碳架；其次若还有官能团存在，则在建立碳架的同时，还需要考虑官能其次若还有官能团存在，则在建立碳架的同时，还需要考虑官能团的建立。一般是将两个或三个预先形成的碎片按一定的方式连团的建立。一般是将两个或三个预先形成的碎片按一定的方式连接，使形成的官能团恰好在所需的位置，这一步是整个合成步骤接，使形成的官能团恰好在所需的位置，这一步是整个合成步骤中最关键

9、的一步。中最关键的一步。通过亲核加成反应形成碳通过亲核加成反应形成碳碳键和通过亲核取代反应形成碳碳键和通过亲核取代反应形成碳碳键的典型反应如下。碳键的典型反应如下。1、通过亲核加成反应形成碳、通过亲核加成反应形成碳碳键的反应碳键的反应2、通过亲核取代反应形成碳、通过亲核取代反应形成碳碳键的反应碳键的反应3、形成双官能团化合物的反应、形成双官能团化合物的反应（1）1，1 双官能团化合物双官能团化合物（2）1，2 双官能团化合物双官能团化合物（3）1，3 双官能团化合物双官能团化合物（4）1，4 双官能团化合物双官能团化合物三、有机合成中的基团保护、导向基三、有机合成中的基团保护、导向基（一）基团

10、保护（一）基团保护 在有机合成中，些不希望起反应的官能团在有机合成中，些不希望起反应的官能团,在反应试剂或反在反应试剂或反应条件的影响下而产生副反应，这样就不能达到预计的合成目标，应条件的影响下而产生副反应，这样就不能达到预计的合成目标，因此，必须采取对这些基团进行保护，完成合成后再除去保护基，因此，必须采取对这些基团进行保护，完成合成后再除去保护基，使其复原。使其复原。对保护措施一定要符合下列要求：只对要保护的基团发对保护措施一定要符合下列要求：只对要保护的基团发生反应，而对其他基团不反应；反应较容易进行，精制容易；生反应，而对其他基团不反应；反应较容易进行，精制容易；保护基易脱除，在除去保

11、护基时，不影响其他基团。保护基易脱除，在除去保护基时，不影响其他基团。下面只简略介绍要保护的基团的方法。下面只简略介绍要保护的基团的方法。1、羟基的保护、羟基的保护 在进行氧化反应或某些在碱性条件进行的反应，往往要对在进行氧化反应或某些在碱性条件进行的反应，往往要对羟基进行保护。如防止羟基受碱的影响，可用成醚反应。防羟基进行保护。如防止羟基受碱的影响，可用成醚反应。防止羟基氧化可用酯化反应。止羟基氧化可用酯化反应。2 2、对氨基的保护对氨基的保护 氨基是个很活泼的基团，在进行氧氨基是个很活泼的基团，在进行氧化、烷基化、化、烷基化、磺化、硝磺化、硝化、卤化等反应时往往要对氨基进行保护。化、卤化等

12、反应时往往要对氨基进行保护。NH2 CH3COCl 或酸酐或酸酐 NH2 CCH3 O （1）乙酰化）乙酰化3 CHO+2ROH CH(OR)2 H+（2）对NR2可以加H+质子化形成季铵盐，NH2也可加H+成 NH而保护。3、对羰基的保护羰基，特别是醛基，在进行氧化反应或遇碱时，往往羰基，特别是醛基，在进行氧化反应或遇碱时，往往要进行保护。对羰基的保护一般采用缩醛或缩酮反应。要进行保护。对羰基的保护一般采用缩醛或缩酮反应。COOH+ROH COOR H+4、对羧基的保护、对羧基的保护 羧基在高温或遇碱性试剂时，有时也需要保护，对羧羧基在高温或遇碱性试剂时，有时也需要保护，对羧基的保护最常用的

13、是酯化反应。基的保护最常用的是酯化反应。5、对不饱和碳碳键的保护、对不饱和碳碳键的保护 碳碳重键易被氧化，对它们的保护主要要加成使之达到饱碳碳重键易被氧化，对它们的保护主要要加成使之达到饱和。和。（二）导向基（二）导向基 在有机合成中，往往要在有机合成中，往往要“借借”某个基团的作用使其达到预定某个基团的作用使其达到预定的目的，预定目的达到后，再把借来的基团去掉，恢复本来面貌，的目的，预定目的达到后，再把借来的基团去掉，恢复本来面貌，这个这个“借借”用基团用基团 我们叫我们叫“导向基导向基”。当然这样的基团，要符合。当然这样的基团，要符合易易“借借”和易去掉的原则，如由苯合成和易去掉的原则，如

14、由苯合成1,3,5 三溴苯三溴苯,在苯的亲电在苯的亲电取代反应中，溴是邻、对位取代基，而取代反应中，溴是邻、对位取代基，而1,3,5 三溴苯互居间位，三溴苯互居间位，显然不是由溴的定位效应能引起的。但如苯上有一个强的邻、对显然不是由溴的定位效应能引起的。但如苯上有一个强的邻、对位定位基存在，它的定位效应比溴的定位效应强，使溴进入它的位定位基存在，它的定位效应比溴的定位效应强，使溴进入它的邻、对位，这样溴就会呈间位，而苯环上原来并无此类基团，显邻、对位，这样溴就会呈间位，而苯环上原来并无此类基团，显然要在合成时首先引入，完成任务后，再把它去掉，恰好氨基能然要在合成时首先引入，完成任务后，再把它去

15、掉，恰好氨基能完成这样的任务，因为它是一个强的邻、对位定位基，它可如下完成这样的任务，因为它是一个强的邻、对位定位基，它可如下引入引入:H NO2 NH2，同时氨基也容易去掉：同时氨基也容易去掉：NH2 N2+H O C6H5 O+C6H5 Br O C6H5C6H5BrO COOC2H5 C2H5ONa O COOC2H5 C6H5O COOC2H51）H3O 2）C6H5OO C6H5C6H5Br碱碱 C6H5Br碱碱 O C6H5C6H5O 1、致活导向、致活导向 这种方法产率低，因为丙酮两个甲基活性一样，会有副反应这种方法产率低，因为丙酮两个甲基活性一样，会有副反应发生：发生：但在丙酮

16、的一个甲基上导入一个致活基团，使两个甲基上的但在丙酮的一个甲基上导入一个致活基团，使两个甲基上的氢的活性有显著差别，这可用一个乙酯基（氢的活性有显著差别，这可用一个乙酯基（COOC2H5）导入丙）导入丙酮的一个甲基上，则这个甲基的氢有较大的活性，使这个碳成酮的一个甲基上，则这个甲基的氢有较大的活性，使这个碳成为苄基溴进攻的部位，因此，利用乙酰乙酸乙酯而不用丙酮，为苄基溴进攻的部位，因此，利用乙酰乙酸乙酯而不用丙酮，完成任务后，把乙酯基水解成羧基，利用完成任务后，把乙酯基水解成羧基，利用 酮酸易于脱羧的特酮酸易于脱羧的特性将导向基去掉，于是得出合成路线为：性将导向基去掉，于是得出合成路线为：2、

17、致钝导向、致钝导向如只在苯胺环上的氨基的对位引入一个溴，必须将氨基的活性如只在苯胺环上的氨基的对位引入一个溴，必须将氨基的活性降低，这可通过乙酰化反应来达到，同时乙酰氨基是一个邻、对降低，这可通过乙酰化反应来达到，同时乙酰氨基是一个邻、对位定位基，而此情况下对位产物是主要产物：位定位基，而此情况下对位产物是主要产物：NH2 Br NHCOCH3 Br Br2 H2O NHCOCH3 NH2 3、利用封闭特定位置来导向、利用封闭特定位置来导向NH2 NHCOCH3NO2（90%）NHCOCH3+NO2 NHCOCH3 微量微量 NH2NO2 （主要）（主要）+NH2 NO2 微量微量 由于乙酰基

18、此时主要是对位产物，所以仍不能达到目的。如由于乙酰基此时主要是对位产物，所以仍不能达到目的。如果导向一个磺酸基，先把氨基的对位封闭，再硝化，可以得到满果导向一个磺酸基，先把氨基的对位封闭，再硝化，可以得到满意结果：意结果：NH2 NHCOCH3 SO3HNHCOCH3 NH2 NO2 NO2 NHCOCH3 SO3H57%H2SO4 煮沸煮沸四、碳链增长与缩短的基本反应四、碳链增长与缩短的基本反应1、碳链增长的反应、碳链增长的反应烯类：烯类：炔类炔类卤代烃卤代烃环氧乙烷环氧乙烷羰基化合物羰基化合物丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯有机金属化合物有机金属化合物2、碳链缩短的反应、碳

19、链缩短的反应（1）不饱和化合物的氧化）不饱和化合物的氧化（2）卤仿反应）卤仿反应（3）霍夫曼降解反应）霍夫曼降解反应（4）羧酸反应）羧酸反应（5）芳香族化合物氧化）芳香族化合物氧化OH COOCH3 HO CH2COOCH3 COOCH3 KOH，CH3OH，回流三分钟，回流三分钟 脂肪族酯易水解脂肪族酯易水解 OH COOCH3 HO CH2COOCH COOCH3 （84%）（空间位阻小的（空间位阻小的两个酯基先水解）两个酯基先水解）OH COOCH3 HO CH2COOH3 COOCH 五、有机合成中的选择性五、有机合成中的选择性在有机合成中，还需要考虑选择性，这些选择大致有下列几在有机

20、合成中，还需要考虑选择性，这些选择大致有下列几类。类。1、化学选择、化学选择 分子中的几个基团，有时不需要加以保护和特殊的活化，分子中的几个基团，有时不需要加以保护和特殊的活化，某一基团本身就有选择性的反应，相同基团当处于分子中的不某一基团本身就有选择性的反应，相同基团当处于分子中的不同部位时，就可能产生反应的差异性，这在有机合成中可以利同部位时，就可能产生反应的差异性，这在有机合成中可以利用，例如可以通过对反应条件的控制来控制反应进行的程序：用，例如可以通过对反应条件的控制来控制反应进行的程序：1.40%NaOH，95 2.H3O+CH2=CHCH2C CH Br2/CCl4，20 CH2C

21、HCH2C CH Br Br（90%）第三个酯基要在更强烈的条件下，如在第三个酯基要在更强烈的条件下，如在NaOH和高沸点溶剂和高沸点溶剂乙二醇中回流才能水解。乙二醇中回流才能水解。不同的官能团对同一试剂的反应是不同不同的官能团对同一试剂的反应是不同的，有的能够与之作用，有的却不能，即使能够作用的，也有反的，有的能够与之作用，有的却不能，即使能够作用的，也有反应性强弱的差异，表现在反应有快慢和难易的区别，这些差别，应性强弱的差异，表现在反应有快慢和难易的区别，这些差别，在有机合成中也是有用的。例如，烯烃和炔烃虽然都能与卤素加在有机合成中也是有用的。例如，烯烃和炔烃虽然都能与卤素加成，但炔烃的反

22、应却远弱于烯烃，以致可以同时含有烯键和炔键成，但炔烃的反应却远弱于烯烃，以致可以同时含有烯键和炔键的化合物中实现选择加成，如：的化合物中实现选择加成，如：C6H5 CH CH C C6H5 O 1，4加成加成C6H5Li H2O C6H5MgBr H2O (C6H5)2CH CH2 C C6H5 O(96%)C6H5CH=CH C(C6H5)2 OH (75%)1，2加成加成有机锂倾向于有机锂倾向于1，2加成。加成。C6H5CH=CH2+HBr C6H5CHCH3Br 2、方位选择性、方位选择性 苯乙烯和溴化氢加成时，全部生成苯乙烯和溴化氢加成时，全部生成溴乙苯，这是一个方溴乙苯，这是一个方位

23、选择性很强的反应。位选择性很强的反应。在双烯合成中，方位选择性也很强。在双烯合成中，方位选择性也很强。芳香族化合物二元取代反应，实际上也是一种方位选择性反应。芳香族化合物二元取代反应，实际上也是一种方位选择性反应。3、立体化学选择性、立体化学选择性 当反应产物可能是一种以上的立体异构体时，就有必要设当反应产物可能是一种以上的立体异构体时，就有必要设计一种只产生所要的产物的合成法，即必须采用立体有择反应或计一种只产生所要的产物的合成法，即必须采用立体有择反应或立体专一反应，所有的立体专一的反应，一定是立体有择反应。立体专一反应，所有的立体专一的反应，一定是立体有择反应。而立体有择反应不一定是立体

24、专一性反应。而立体有择反应不一定是立体专一性反应。RC CR Na+NH3 受立体化学控制的反应常见的有以下几类：受立体化学控制的反应常见的有以下几类：（1）卤化烃的）卤化烃的SN2反应，产生构型翻转产物。反应，产生构型翻转产物。（2）炔烃的加成：）炔烃的加成：RC CR+Br2 RC CR+H2 PdCaCO3/Pd 或或Ni B 1）OsO4 2）H2O2 KMnO4（稀冷）H H OH OH H H OH OH （3）烯烃的氧化）烯烃的氧化（4）卤素与烯烃加成）卤素与烯烃加成+Br H Br Br H （5）硼氢化）硼氢化氧化反应氧化反应（6）卤代烷的）卤代烷的E2反应反应（7）羰基加成

25、）羰基加成【例题例题1】设计制备下面物质的合成路线。设计制备下面物质的合成路线。OH C(CH3)2 【解析解析】：【分析】：【例题例题2】设计下面物质的合成路线设计下面物质的合成路线【分析分析】：【解析】：【例题例题3】设计下面物质的合成路线设计下面物质的合成路线【分析分析】：【解析解析】：为了使麦克尔加成有足够的活性，醛（或酮）：为了使麦克尔加成有足够的活性，醛（或酮）通过形成烯胺使其通过形成烯胺使其-位活性增加，使反应更容易进行，这样位活性增加，使反应更容易进行，这样就得出了目标分子的合成路线。就得出了目标分子的合成路线。CH2=CHCH2CHCC2H5 CH3 O 【例题例题4】由由C

26、3以下的化合物合成以下的化合物合成【分析分析】：【解析解析】：【例题例题5】设计设计 的合成路线。的合成路线。【分析分析】：【解析解析】：【例题例题6】由苯酚合成由苯酚合成【分析分析】：【解析解析】：【例题例题7】设计设计 的合成路线的合成路线【分析分析】：【解析解析】：【例题例题8】由由C2化合物合成叶醇化合物合成叶醇【分析分析】：用倒推法分析如下：用倒推法分析如下：【解析解析】：O+CH3MgICuCl2H3O+A(1)BrZnCH2CO2C2H5(2)H3O+CO2EtHO(1)KOH(2)H3O+B(1)(CH3CO)2O(2)EtOH,H3O+CO2C2H5+CO2C2H5+C+D(

27、i)(ii)CLiAlH4EMnO2CHO(F)(iii)ELiAlH4GMnO2H【例题例题9】动物之间的信息传递除了声音、光电信号外，在低动物之间的信息传递除了声音、光电信号外，在低等动物中，如昆虫，还能分泌化学物质作为种群个体之间的通讯等动物中，如昆虫，还能分泌化学物质作为种群个体之间的通讯工具，这就是所谓工具，这就是所谓“化学通讯化学通讯”。棉铃象（一种象鼻虫）的性引。棉铃象（一种象鼻虫）的性引诱剂就是这类化学物质。它是混合物，含有单环萜烯醇诱剂就是这类化学物质。它是混合物，含有单环萜烯醇E和萜烯和萜烯醛醛F和和H。人工合成棉铃象性引诱剂是杀灭这种棉花害虫的绿色农。人工合成棉铃象性引诱剂是杀灭这种棉花害虫的绿色农药。其合成路线如下：药。其合成路线如下：问题：写出问题：写出A、B、C、D、E、G、H的结构简式。的结构简式。OHOCO2HHCO2EtEtO2CHCH2OHHHHOCH2CHOHC【解析解析】：