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1、University of Science and Technology of China第二十一章第二十一章有有 机机 合合 成成Organic synthesis有机化学Organic Chem一、重要性和基本要求一、重要性和基本要求 有机合成是一切有机研究的基础有机合成是一切有机研究的基础合成样品，才有合成样品，才有可能进行各种研究可能进行各种研究。构效关系构效关系理论有机理论有机 往往合成一类新化合物，便开辟了一个新的研究领域：往往合成一类新化合物，便开辟了一个新的研究领域：冠醚的合成冠醚的合成冠醚化学：冠醚化学：穴状、笼状、套环、配位化穴状、笼状、套环、配位化 合物，生物、药物中的受
2、体理论合物，生物、药物中的受体理论巴基球的合成巴基球的合成 富勒烯化学：碳纳米管，碳纳米球富勒烯化学：碳纳米管，碳纳米球 C60，C70Organic Chem新药开发新药开发：平均平均6000个新化合物，才能筛选出一种新药。个新化合物，才能筛选出一种新药。“化化 学学 创创 造造 自己的自己的 研研 究究 对对 象象”复杂天然化合物的总合成复杂天然化合物的总合成 代表了有机合成的最高水平代表了有机合成的最高水平 多位诺贝尔奖获得者都是复杂天然化合物总合成的大师多位诺贝尔奖获得者都是复杂天然化合物总合成的大师:如：如：Woodward.R.B(1965):Vitamin B12 VB12 (1
3、973)Erythonolide(红霉素红霉素A)(1981)Corey.E.J.(1990):PGF2;PGE2 Nicolaou.K.C :Taxol(紫杉醇紫杉醇)(1994).Brevetoxinl个别、单一的反应个别、单一的反应 组合起来用于合成某一目标化合物组合起来用于合成某一目标化合物.学学 用用Organic Chem 许多结构复杂的天然化合物已相继被合成，像海葵许多结构复杂的天然化合物已相继被合成，像海葵毒素毒素(含含68个手性中心个手性中心)都能立体选择性合成。都能立体选择性合成。(1994.Y.Kishi)，设计合理的合成路线：设计合理的合成路线：例：例：颠茄酮的合成颠茄
4、酮的合成.Organic Chem 好的合成路线的要求：好的合成路线的要求：1、步骤少步骤少（多则总产率低、时间、原材料消耗多）；（多则总产率低、时间、原材料消耗多）；2、产率高产率高 （副反应少，分离简便）；副反应少，分离简便）；3、原料便宜易得、原料便宜易得；4、反应条件、设备易于实现；、反应条件、设备易于实现；5*符合绿色化学要求：符合绿色化学要求：原子经济性，原子经济性，无毒或少无毒或少 毒，污染尽可能少。毒，污染尽可能少。Organic Chem二、合成设计的基本任务二、合成设计的基本任务 碳骨架碳骨架构筑特定结构构筑特定结构 功能团种类和位置功能团种类和位置 的化合物的化合物 立体
5、构型立体构型一、合成合适的碳骨架：一、合成合适的碳骨架：碳链增长碳链增长最主要（最主要（由小分子由小分子 大分子大分子）；）；碳链缩短碳链缩短有时也用到（如大的化合物天然或合成易得）；有时也用到（如大的化合物天然或合成易得）；成成 环环对环状化合物是关键；对环状化合物是关键；（重（重 排排）Organic Chem1、碳链的增长：、碳链的增长：(现有的反应从机理上分三类现有的反应从机理上分三类)自由基反应：自由基反应：太活泼，难于定向控制太活泼，难于定向控制 合成应用较少合成应用较少 离离 子子 反反 应应：电子受体电子受体 电子给体电子给体 （亲电）（亲电）（亲核）（亲核）协协 同同 反反
6、应应：环加成的重要方法。环加成的重要方法。Organic Chem用于形成新的用于形成新的CC键的反应：键的反应：（1 1）、亲核取代：）、亲核取代：电子给体（亲核试剂）：碳负离子或潜在的碳负离子都是电子给体（亲核试剂）：碳负离子或潜在的碳负离子都是 金属化合物金属化合物（由卤代烃，端炔制备）（由卤代烃，端炔制备）如：如：格氏试剂格氏试剂 RMgBrRMgBr 烷基锂烷基锂 RLiRLi 烷基铜锂烷基铜锂 R R2 2CuLiCuLi 金属炔化物金属炔化物 RCRC三三C C-+MgXMgX（+NaNa）Organic Chem吸电子基吸电子基位上的位上的 H 在碱存在下在碱存在下转变成烯醇盐
7、电子给体：转变成烯醇盐电子给体：Organic Chem为了保证烯醇盐有足够的浓度，必须根据为了保证烯醇盐有足够的浓度，必须根据H活性大小，选择合适的碱。活性大小，选择合适的碱。Organic ChemOrganic Chem生成新的生成新的 CC 键的反应：键的反应：（1）、亲核取代：）、亲核取代：Organic Chem（2）、负碳离子对羰基的亲核加成）、负碳离子对羰基的亲核加成Organic ChemOrganic ChemOrganic Chem（3）芳环上的亲电取代：）芳环上的亲电取代：Organic Chem2、碳链的缩短、碳链的缩短（1）、脱羧）、脱羧（2）、卤仿反应：）、卤仿反
8、应：（3）、烯的氧化：）、烯的氧化：（4）、酮的氧化：）、酮的氧化：Organic Chem3、成环：、成环：（1）、三（四）元环：）、三（四）元环：3员：员：4员：员：Organic Chem五员：五员：六员：六员：Organic Chem4、重排反应：、重排反应：（1）、）、Pinacol重排：重排：（2）、）、Beckmann重排：重排：Organic Chem二、在分子特定位置上引入所需的官能团二、在分子特定位置上引入所需的官能团最理想的情况是骨架改变的同时在指定位置引入最理想的情况是骨架改变的同时在指定位置引入官能团，但仍常需要引入、消去或转变官能团。官能团，但仍常需要引入、消去或转
9、变官能团。（Comprehensive Organic Transformations）1、官能团的转换：、官能团的转换：氧化程度相同的官能团可以通过氧化程度相同的官能团可以通过取代取代相互转化：相互转化：Organic Chem氧化程度不同的可以通过氧化还原相互转化：氧化程度不同的可以通过氧化还原相互转化：Organic ChemOrganic Chem2、官能团的引入与消除：、官能团的引入与消除：引入：引入：Organic Chem消除：消除：Organic ChemOrganic Chem三、立体化学控制：三、立体化学控制：我们已学过的立体选择性反应：我们已学过的立体选择性反应：1、重排
10、、重排2.取代：取代：Organic Chem3、加成反应、加成反应：烯烃烯烃 卤素：卤素：Organic ChemOrganic Chem4、消除反应：、消除反应：Organic Chem4、手性合成：、手性合成：（1）、催化氢化：）、催化氢化：（2）、催化环氧化：）、催化环氧化：Organic Chem三、设计合成路线的方法三、设计合成路线的方法（原料原料 目标化合物（简单化合物，较直观）目标化合物（简单化合物，较直观）目标化合物目标化合物 原料原料:逆合成法（逆合成法（retro synthesis）a优于优于bOrganic Chem 逆合成导出的合成路线不止一种，逆合成导出的合成路线
11、不止一种，应认真分析比较，选出最合理的路线。应认真分析比较，选出最合理的路线。同一化合物可在不同的地方断开，有合理同一化合物可在不同的地方断开，有合理与不合理之分，同样合理也有优劣之差，与不合理之分，同样合理也有优劣之差，如：如：b合理，合理，a不合理不合理b优于优于a有消除副反应有消除副反应 Organic Chem几类重要化合物的拆开法：几类重要化合物的拆开法：1.羟基（或羟基（或 、不饱和不饱和）羰基化合物的拆开：）羰基化合物的拆开：Organic Chem2.1,3二羰基化合物的拆开：二羰基化合物的拆开：Organic Chem3.1,5二羰基化合物的拆开：二羰基化合物的拆开：Orga
12、nic ChemOrganic Chem4.1,4 或或 1,6二羰基化合物的拆开：二羰基化合物的拆开：Organic ChemOrganic Chem5.羟基羰基化合物的拆开羟基羰基化合物的拆开 Organic Chem四四.导向基团和保护基团的应用导向基团和保护基团的应用一、导向基团一、导向基团：Organic Chem1、活化导向：、活化导向：Organic ChemOrganic Chem2、钝化也可导向：、钝化也可导向：Organic Chem3、封闭特定位置来导向：、封闭特定位置来导向：Organic Chem二、保护基团：二、保护基团：基团保护要满足下列要求：基团保护要满足下列要求：容易引入容易引入 与被保护基形成的结构能经受住所要发生反应的条件与被保护基形成的结构能经受住所要发生反应的条件 可以在不破坏分子其他部分的条件下除去可以在不破坏分子其他部分的条件下除去Organic Chem不同类化合物的保护方法：不同类化合物的保护方法：1.醇（酚）的保护醇（酚）的保护:.(1).成醚：成醚：(2).成酯：成酯：(3).Organic Chem2、胺的保护：、胺的保护：(4).“保护基团在有机保护基团在有机 合成中的应用合成中的应用”Organic Chem3、醛（酮）的保护：、醛（酮）的保护：4、酸的保护：、酸的保护：Organic Chem