有机合成第1章绪论(基础知识).ppt

有 机 合 成,王 广 途 TelE-mail:,大学生的困惑知识无用？,满意感,目标,1,2,3,4,动力状态,溺水状态,跳楼状态,空虚状态,毕业生的出路在于明确目标,只有实践才能承载理想,有趣的计算,如果令A、B、C、DX、Y、Z这26个英文字母，分别等于百分之1、2、3、424、25、26这26个数值， 那么我们就能得出如下有趣的结论,work（工作）,Knowledge（知识）,K+N+O+W+L+E+D+G+E= 11+14+15+23+12+5+4+7+5=96%,Love（爱情） Luck（好运）,L+O+V+E=12+5+22+5=54% L+U+C+K=12+21+3+11=47%,M+O+N+E+Y=13+15+14+5+25=72%,NO,Its Attitude（心态）,A+T+T+I+T+U+D+E= 1+20+20+9+20+21+4+5=100%,态度决定一切,成为最优秀的那个你！,1. 平时成绩 a. 作业 b. 出勤 c. 课堂讨论、问答 2. 实验成绩 3. 期末笔试,有机合成成绩评定,有机合成课程内容,绪论及有机化学基础知识 还原反应、氧化反应、有机合成中的保护基 非稳定碳负离子碳碳键的形成、稳定化碳负离子的 烃基化和缩合、有机硅硼等试剂、自由基反应 极性反转、成环反应 逆合成分析法 有机合成化学的近期趋势 化学文献查阅,主要参考书： 1、有机合成反应 ，王葆仁著，科学出版社，第一版； 2、有机合成指南 ，孟歌译，化学工业出版社，第一版；,教 材： 有机合成，黄培强等，高等教育出版社，2004，第一版。,推荐阅读材料：,第一章 绪 论,一、有机合成的意义： 人类最基本的需求：生存（食品-农药） 人类最高级的渴望：长寿（疾病-医药）,有机合成是一门艺术。分子-建筑。,基础有机合成：生产基本有机化工产品，如烃类、醇、醛、酮、卤代烃等。 原料：1）农林加工产品及副产物 2）水、盐、空气、CO、CO2和H2等无机原料 3）天然气、石油、石油气、煤焦油及煤等,三苯、三烯、一炔、一萘,精细有机合成：利用重要的有机原料合成医药、农药、染料、香料、食品添加剂、饲料添加剂、各种助剂、表面活性剂等化学产品。,H.Koble，他于1845年实现了从元素单质合成乙酸，并第一次用到“合成”这个词来描述从其他物质制取化合物的过程。,二、有机合成进展,有机合成的另一个里程碑是1856年W.H.Perkin的苯胺紫合成，这是第一个合成染料，被视为第一个工业精细有机合成。,19世纪最重要的全合成是 E.Fischer完成的（）葡萄糖合成。,(+)- 葡萄糖,E.Fischer获1902年诺贝尔化学奖。,Robinson在1917年通过仿生途径，从丁二醛，甲胺和丙酮二羧酸出发，仅用一步合成了托品酮 。,Robinson获1947年诺贝尔化学奖。,有机合成进入R. B. Woodward时代。,奎宁的结构,R. B. Woodward 获1965年诺贝尔化学奖。,J.C. Sheehan领导的小组在二战结束后的1957年才最终完成青霉素V的全合成。,有机合成进入E.J. Corey时代 一是系统建立了逆合成分析方法; 二是在全合成中设计、发展新的合成试剂与方法 。,岩沙海葵毒素,Kishi教授于1989年完成了岩沙海葵毒素（Palytixin）羧酸的全合成，是天然产物合成的一个里程碑。,Taxol,Brevetoxin B,化学反应是合成的基础，合成路线本来就是由一些具体的反应，按照一定的逻辑思维组合起来的。, 合成目标化合物分子的骨架, 引入所需的官能团, 解决好目标化合物的立体化学方面的要求,合成一个有机化合物要考虑的核心问题不外是三个方面：,三、有机合成的基础知识,1、碳原子成键(杂化）理论,Lewis电子结构式 电子可以配对成键（共价键），使原子能够形成 一种稳定的惰性气体的电子构型八隅体(Octet)。 (价电子层达到8个电子的稳定结构),原子轨道及电子构型,电子在核外空间出现概率最大的区域叫原子轨道（轨道） 电子云的形状可以表达为轨道形状,S轨道,P轨道,1、碳原子成键(杂化）理论,共价键的类型： 键：电子云沿着键轴(两核间连线)方向以“头碰头” 的方式重叠而形成的共价键。 例如：HCl；Cl2；H2,键：电子云沿着键轴的方向以“肩并肩”地方式重叠 而形成的共价键。 例如：N2，1S22S22P3,原子的结构举例:,C,N,O,1S22S22P2,1S22S22P3,1S22S22P4,跃迁,原子轨道重组,4个sp3轨道,C: 1s22s22p2,碳原子的几种轨道杂化,1） sp3杂化,四面体型,杂化轨道组成：S，P 杂化轨道形状。 空间分布。 代表物：烷烃碳原子,2）sp2杂化,跃迁,原子轨道重组,3个sp2轨道 2pz,平面型,杂化轨道组成：S, P,杂化轨道形状,空间分布,代表物：乙烯,3）sp杂化,跃迁,原子轨道重组,直线型,杂化轨道组成：S，P 杂化轨道形状。 空间分布。 代表物：乙炔。,中间体的杂化：,注意：当碳负离子其它基团发生共轭时，其碳原子为 sp2杂化，为平面构型,卡宾（Carbene）,六电子中心化合物 二价的碳化物 有机反应活性中间体： 寿命很短、不能分离、能够“捕获” 缺电子物种，有亲电性,卡宾的结构,单线态：碳采用sp2杂化,二氯卡宾(基态),三线态：碳采用sp杂化 亚甲基卡宾(基态),常见化合物的杂化：,羰基化合物：,醇：,酚：,平面结构：,SP2SP3之间,羧酸类化合物,胺类化合物：,硝基化合物：,重氮化合物：,HCN,2、共振结构式,错误理解：混合物 互变异构,书写原则：,核不动：所有原子的相对位置都保持不变，只有 电子移动 数不变：未成对电子数相同（电子排列有差别）,1,3-丁二烯,不正确的共振式,书写共振式的方法：,1.写出一个你所熟知的共振极限式 2.在已写出的结构式骨架基础上将电子成对移动,电子转移规则,p电子向正电荷转移 烯丙基碳正离子,电子沿着p键转移 1,3-丁二烯,未成对电子转移成双键 碳酸根,单电子转移形成p键 烯丙基自由基,不是所有的共振式都是等价的,拥有最多八电子结构的共振式是最重要的,拥有较少相反电荷分离的结构要比拥有较多 电荷分离的结构重要。,电荷应该优先处于和其电负性一致的原子上,最稳定,较稳定,不稳定，贡献小,注意：共振式与互变异构体的区别,3、路易斯结构式,1.用单键将结构所有成键原子连接起来（也就是 共享电子对） 2. 如果有多余的价电子，将它们以孤对电子的形式 使尽可能多的原子满足八隅体结构。 3. 如仍有原子不满足八隅体结构，将尽可能多的孤 对电子变为共享电子对直到全部满足八隅体。,书写路易斯结构的简单、有效方法：,形式电荷 （Formal Charge）,+,A Lewis structure is not complete unless formal charges (if any) are shown.,CH2N2 叠氮化合物 臭氧 硝基甲烷 亚硝酰正离子NO+ 一氧化碳,思考题：写出下列化合物的路易斯结构式,1,3-Dipolar Compounds,不符合八隅体的例子,只有第二周期元素并且有足够的价电子时才严格遵守八隅体。,对于含奇数电子的物种来说，这种分配时不可能的,一些第二周期的前几个元素的化合物，如硼烷， 缺少价电子,超出第二周期后的元素有可能被多于8个的电子 所围绕，这种现象被称为价层扩充。,例如：,思考题：,写出下列中间体的共振极限式，并指出贡献大小。,如何解释羧基的羰基氧的碱性比羟基氧强？,注意电荷分离式可能引起芳香性,有机化学中的电子效应,1. 诱导效应( Inductive effects ),由电负性不同而引起 不存在极性交替现象 沿原子链传递， 随传递距离增加而迅速减弱,诱导效应的特点：,比较标准：以H为标准,常见的吸电子基团（吸电子诱导效应用-I表示）,NO2 CN F Cl Br I CC OCH3 OH C6H5 C=C H,常见的给电子基团（给电子诱导效应用+I表示）,(CH3)3C (CH3)2C CH3CH2 CH3 H,带正电荷的基团具有吸电子诱导效应，带负电荷的基团具有给电子诱导效应。,-共轭,共轭体系因电子离域，使电子云密度分布发生改变，导致分子性能改变，这种原子之间的相互影响称共轭效应。,单双键交替排列的体系，两个键之间的共轭作用。,2.共轭效应（Conjugation effect）,p-共轭： 键与p轨道产生的共轭,称p-共轭。, , , ,例如：氯乙烯，烯丙基氯,定义：当C-H 键与键（或p电子轨道）处于共轭位置时，也会产生电子的离域现象，这种C-H键 电子的离域现象叫做超共轭效应。,在超共轭体系中，电子偏转的趋向用弧型箭头表示。,- 超共轭,- p 超共轭,3.超共轭效应 Hyperconjugation,特点：1 超共轭效应比共轭效应弱得多。 2 在超共轭效应中， 键一般是给电子的， C-H键越多，超共轭效应越大。,-CH3 -CH2 R - CH R2 -CR3,酸碱性定性比较：比较共轭碱的稳定性 共轭碱的稳定性越大（电子效应来判断），酸性越强 乙酸 取代乙酸 苯甲酸（对硝基、甲氧基）,酸碱理论：,碱性强弱可通过电子密度来判断，由此可判断反应活性，改善反应条件。,解释下列化合物中a氢(红色)酸性强弱,1,2,1,2,Lewis Acid-Base Reactions,Drawing a Curved Arrow from the source of electrons to the destination of electrons,R.Robinson,热力学控制产物和动力学控制产物,构象 (comformation) 和构象异构体,原子或基团在空间的相对位置（构象）,开链烷烃的构象,描述立体结构的几种方式,十字的交点代表手性碳。横前竖后，主要官能团写在上端 。,伞形式,Fischer 投影式,Fisher投影式,Fisher投影式与其它表达式的转化,注意：Fisher投影式是重叠式构象,环己烷的构象,a键 (axial bond)、直立键,e键 (equatorial bond)平伏键,立体化学中常用的标记方法 1. D / L,D-(+)-甘油醛,L-(-)-甘油醛,基准物,在标准的Fisher投影式中，手性碳原子横键上较 大基团在右侧为D构型，较大基团在左侧为L构型,D-(+)-葡萄糖,2. Erythro/threo：,赤藓糖,苏阿糖,在标准的Fisher投影式中，相邻两个手性碳横键上的 较大基团在同侧称为赤式，较大基团在异侧称为苏式。,赤式erythro,苏式threo,3、R/S,对映异构体,(R)-甘油醛,(S)-甘油醛,构型（R、S）的快捷判定法 当最小（优先）基团在横向位置时，其它三个基团优先顺序按顺时针排列的，则为S型（变），如按逆时针排列的，则为R型（变）。 当最小基团在竖向时，其它三个基团的优先次序按顺时针排列的，则为R型，如按逆时针排列的，则为S型。,Camphor (樟脑）,由于桥联的作用，没有非对映体,1R, 4R,1S, 4S,判断开链、环状化合物是否为手性分子时，对构象引起的手性现象可以不予考虑，直接从fischer投影式或平面结构来观察, 同样得到正确的结果。 因为对于非手性分子，它的某一构象是手性的，那么也一定存在这种构象的对映体，以抵消旋光性。,结 论,两原子任意交换一次，分子的构型改变一次，得到对映体。,联苯型,命名：近端 远端,轴手性化合物：,4、 Syn（同侧）/anti （异侧）,The main chain is drawn as a zig-zag, and lies in the plane of the paper. Substituents that lie on the same side of