有机合成课件——Chapter-2-有机合成与路线设计的基础知识

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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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键结（bonding）的方式和键的极性
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）。
时的选择程度。
反应的专一性（Specificity）：是指产物与反应物、 条件在机理上呈一一对应关系。
三种基本的选择性
化学选择性 区域选择性 立体选择性
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化学选择性（Chemoselectivity）
指不使用保护或活化等策略，反应试剂对不同的官能团或 处于不同化学环境的相同官能团进行选择性反应，或一个官能 团在同一反应体系中可能生成不同官能团产物的控制情况，这 种特定的选择性就是化学选择性。
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2.2 有机合成路线设计的基本方法
（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）。进行合成路 线设计时是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”。
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。
切断是考虑逆合成方法时的主要思路之一。同一目标物可 以有几种拆解的方法，就需要加以比较，确定应采用何种合 成方法。 主要是：①合适的拆开部位
②键极性的方向(涉及试剂的选用)
（4） 拆解（切断）（Disconnection）
R’-M
2.3 有机合成中的选择性
反应的选择性（Selectivity）：是指一个反应可能 在底物的不同部位和方向进行，从而形成几种产物
+ H OH
endo (90%)
OH H exa (10%)
2.4 反应选择性的控制
选择性的控制因素：当一个有机反应有可能进行两种或两种以 上的反应途径时，其产物的分布可以是根据各种产物的稳定性 来确定，也可以依据反应的速率来确定。若前者是确定因素， 此反应是热力学控制的；若后者是确定因素，此反应是动力学 控制的。 如下列反应是热力学控制反应
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对等性（Equivalent）
这是有机合成化学中常用的专用术语
R
OR' C
CN
+
Ħ - Ħ +
I CH3
R OR' C CN
R OR' C
H3+O
R CO
CH3 CN
CH3
RCO
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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R OH C
H CN
R OR' strong base R OR'
பைடு நூலகம்
H3C(H2C)3H2C
CH2OCH2CH3 H
R
CH2OH
R'
H
简化为三取代烯烃的烯丙醇，通过Wittig反应制备
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2.2 有机合成路线设计的基本方法
（3）官能团的置换或消去
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2.2 有机合成路线设计的基本方法
(4） 拆解（切断）（Disconnection）
Chaper 2 有机合成与路线设计的基础知识
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本章教学计划
2.1 有机合成的要点 2.2 有机合成路线设计的基本方法 2.3 有机合成中的选择性（概念） 2.4 反应选择性的控制
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2.1 有机合成的要点
有机合成中的几个知识点 以周期表为依据 以羰基化合物为中心 键结（bonding）的方式和键的极性 氧化态 反应的种类
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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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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如下列反应是动力学控制反应
OLi
O
a'
A' (25%)
+ (C6H5)3CLi b'
OLi B' (75%)
CH2
当反应受动力学控制时，主要影响因素是电子效应和空间效应。
H OH
H OH
+ PhCO3H
O (1)
H OCOCH3 + PhCO3H
H OCOCH3 O (2)
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本章教学计划
2.1 有机合成的要点 2.2 有机合成路线设计的基本方法 2.3 有机合成中的选择性（概念） 2.4 反应选择性的控制
O
OH
O NaBH4
O
OC2H5
OC2H5
O
OH
O
LiAlH4
OH
OC2H5
区域选择性（Regioselectivity）
相同官能团在同一分子的不同位置上起反应时，若试剂 只能与分子的某一特定位置作用，而不与其他位置上相同官 能团作用。 选择性通常涉及羰基两个α位、烯丙基的1,3位、双键或者 环氧两侧位置上的选择性以及α,β-不饱和体系的1,2-和1,4-加成 选择反应等。
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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。
2.2 有机合成路线设计的基本方法
合成步骤：
也就是合成路线 逆合成步骤：
是合成路线设计时的思路，也就是逆合成分析 合成：
逆合成： ① 每步都有合适又合理的反应机理和合成方法；② 整个合成要做到最大可 能的简单化；③有被认可的（即市场能供应的）原料。
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2.2 有机合成路线设计的基本方法
（2）分子简化法（Simplication）
C
C
H CN
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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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。
OH HO
OH HO
MnO2
HO
O
立体选择性（stereoselectivity）
立体选择性(stereoselectivity)：包括顺／反异构、对映异构、 非对映异构选择性。如果某个反应只生成某一种异构体，而 没有另一种，就叫立体专一性反应(stereospecificity)。
LiAlH4 Et2O O
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反应的种类
反应的种类:
（i） 骨架和官能团都无变化
反应的种类:
（ii） 骨架不变，仅官能团变
反应的种类:
（iii) 骨架变化和官能团不变化
利用重氮甲烷与羰基的反应，可以进行扩环反应
反应的种类:
（iv） 骨架和官能团都变化
利用频哪醇重排得到合成中间体的反应
频哪醇（Pinacol ）重排