有机合成方法PPT课件

1、第一节 合成的目的和要求 通过一定的反应，使原来分子中某一个或几个化学键断裂，同时形成一个或几个新的化学键，从而使分子发生转变或将几个小分子连接起来。 1 合成的步骤越少越好； 2 每步的产率越高越好； 3 原料越便宜越好。一 合成的目的：二 合成的要求：第1页/共99页三 有机合成的主要手段1 官能团的引入;2 官能团的转换；3 碳架的建造； （1） 碳链的增长； （2） 碳链的缩短； （3） 成环反应；第2页/共99页（1） 碳链增长的方法* *1 1 伯卤烷与氰化物的反应（增加1 1个碳）；* *2 2 格氏试剂与二氧化碳的反应（增加1 1个碳）；* *3 3 格氏试剂与环氧乙烷的反应（

2、增加2个碳）；* *4 4 格氏试剂与羰基化合物的加成反应；* *5 5 醛酮与氢氰酸的加成；* *6 6 炔烃，芳环，酮，酯和 - -二羰基化合物的烷基化 和酰基化反应；* *7 7 羟醛缩合反应；* *8 8 Claisen酯缩合反应；* *9 9 格氏试剂与卤代烷的偶联反应；第3页/共99页（2） 碳链缩短的方法 * *1 1 一元羧酸的脱羧反应； * *2 2 二元羧酸的脱羧脱水反应； * *3 3 烯，炔，酮，芳烃侧链， - -二醇和 - -羟基醛或酮 的氧化断裂反应； * *4 4 甲基酮的卤仿反应； * *5 5 酰胺的 Hofmann Hofmann 降解反应； * *6 6

3、- -二羰基化合物的酮式分解和酸式分解； * *7 7 季铵盐的Hofmann Hofmann 消除； * *8 8 -羟基酸的脱羧反应；第4页/共99页（3）成环反应环的闭合：三元环： 1）丙二酸酯与1,2-二卤代烷的烷基化反应； 2）烯烃和卡宾的反应；四元环： 1）丙二酸酯与1,3-二卤代烷的烷基化反应； 2）烯烃光二聚的反应；五元环： 1）迪克曼酯缩合反应； 2）丙二酸酯与1,4-二卤代烷的烷基化反应；六元环： 1） Diels-Alder 反应； 2） 苯环的还原反应； 3） 酯的烷基化反应；更大的环系：1）分子内羟醛缩合反应；第5页/共99页官能团的引入与转化 官能团的引入： 官能团

4、的转化：CHX2hv orC CX C CHAA: OH, XCACHC CXAA: OH, XCACXCCOHHH+CCCCXH:BCCCCN+HCC CXCOHCORCSHCSRCNCP,CCN,CC,CRCR第6页/共99页 官能团的转化：官能团的引入与转化HOHOHH官能团的去除Cr6+CH2OHCr6+CHONaBH4LiAlH4Cr6+COOHHOOHHHOO+OH2PtO3Zn/H2O官能团的去除OsO4RCO3HHNO2XSO3HX2HNO3H2SO4Fe第16章 包括重氮盐反应CH2COOHLiAlH4CH2OHCONR2LiAlH4CH2NR2第7页/共99页 官能团的转化

5、：官能团的引入与转化OH2NYNYCH PPh3RCROHCRXOR COCROOCROHOCROROCRNR2O-OCROROHRNH2SOCl2H2ORNH2ROHRNH2ROH,H+H2OH2ORNH2H2O第13章第12章属于碳-碳键形成反应第8页/共99页官能团的保护和去保护HCl,ROHORROH+,H2OORSHSRRSOH2cat.HHBACK第9页/共99页 请判断下列转化是否能实现，请简述理由。 基团的保护和去保护基团的保护和去保护 BrOKOHBrBrO(1)(2)OHH3COH3COH3+OH3COH3CO(3)HOOHOCH3OHHOOCH3OH+BACK第10页/共

6、99页 请判断下列转化是否能实现，请简述理由。 基团的保护和去保护基团的保护和去保护 (4)OHH2SO4OHSO3H(5)OH2/PtOHBACK第11页/共99页 请判断下列转化是否能实现，请简述理由。 基团的保护和去保护基团的保护和去保护 (6)BrOHMgCO2H3+OCOOHOH(7)BrCOOCH3NaOHH2OCOOCH3BACK第12页/共99页 羟基的保护 基团的保护和去保护基团的保护和去保护R OHCH2BrNaOHR OCH2R OHCH2OH+R OHCH3+苄基醚H2PdH3+OBACK-OHC6H5COClOH-, H2O-OCOC6H5第13页/共99页 羟基的保

7、护 基团的保护和去保护基团的保护和去保护HBaseHHOH2COH OHHHO+C ClMeOC OCH2MeO吡啶20HBaseHOH OHHHOC OHMeO+80乙酸或吡啶乙酸HBaseHHOH2COH OHHHOBACK第14页/共99页 氨基的保护 基团的保护和去保护基团的保护和去保护ClOONHNOORHNOHORHO+R NH2+CO2R NH2氨基甲酸酯AurathaneBACK-NH2C6H5COClH+or OH-, H2O-NHCOC6H5第15页/共99页 氨基的保护 基团的保护和去保护基团的保护和去保护ONHORCOOHSOCl2ONHORCOClH2NCHCOOHR

8、ONHCHNOROCOOHRH+OH+NHCHNOROCOOHRHONH2CHNROHOOCRABA较B活泼先水解BACK第16页/共99页 羧基的保护 基团的保护和去保护基团的保护和去保护OHO+OOH3+OOHOOOH3+OHO+OHO+CF3COOHBACK+ClCH2C6H5-COOH-COOCH2C6H5OH-, H2O第17页/共99页一、格氏试剂的应用重要的有机合成方法：第18页/共99页格氏试剂制备醇的归纳原料（1）产物伯醇仲醇叔醇甲醛，环氧乙烷格氏试剂 原料（2）醛（甲醛除外）酮，酯（甲酸酯除外），酰卤剖 析1 原料(2)用环氧乙烷或取代环氧乙烷，在 -碳和 -碳之间切断。

9、原料(2)不用环氧乙烷或取代环氧乙烷，在 -碳和 -碳之间切断。2 带羟基部分来自原料(2),不带羟基部分来自原料(1)。3 对称二级醇选用甲酸酯为原料(2)较好。 有两个烃基相同的三级醇选用酯或酰卤为原料(2)较好。第19页/共99页醇的制备实例分析实例一制备 (CH3)2CHCH2 CH2 OH 解一解二(CH3)2CHCH2MgX + CH2O(CH3)2CHCH2CH2OMgX 无水醚(CH3)2CHCH2CH2OH H2O用甲醛在分子中引入羟甲基，制备伯醇(CH3)2CHMgX +(CH3)2CHCH2CH2OMgXH2O(CH3)2CHCH2CH2OHO无水醚用环氧乙烷在分子中引入

10、羟乙基第20页/共99页实例二制备(CH3)2CHCH2MgX +无水醚H+/H2O用醛制备仲醇(CH3)2CH CH2 CH CH3OMgX(CH3)2CH CH2 CH CH3OH(CH3)2CH CH2 CH CH3OHCH3CHO第21页/共99页实例三COHCH3C2H5制备CH3CClOAlCl3CCH3OCH3CH2MgX无水醚H+ H2OCOHCH3C2H5COMgXCH3C2H5+用酮制备叔醇第22页/共99页二、芳香重氮盐的应用第23页/共99页应用：在合成中，借用氨基定位。CH3CH3ClCH3ClNHCCH3OH3PO2HNO3还原乙酰化H3+OHNO2Cl2第24页/

11、共99页由苯制备1，3，5三溴苯NH2NH2BrBrBrN2Cl-BrBrBrH3PO2BrBrBrHBr2/H2OHNO2HClNO2第25页/共99页苯甲酸制2，4，6三溴苯甲酸COOHCOOHBrBrBrCOOHBrBrBrH3PO2BrBrBrHBr2/H2OHNO2HClCOOHCOOHNO2NH2NH2N2Cl-COOH第26页/共99页甲苯制间溴甲苯或间硝基甲苯CH3CH3NO2CH3NH2CH3NHOCCH3CH3NHOCCH3BrCH3BrHCH3COClBr2CH3CH3NO2CH3NH2CH3NHOCCH3HCH3COClHNO3/H2SO4CH3NO2NHOCCH3H3

12、O+CH3NH2NO2CH3NO2第27页/共99页 由苯制备间二溴苯。第28页/共99页由硝基苯制备2,6-二溴苯甲酸 NO2FeHNH2(CH3CO)2ONHCOCH3HNO3干乙酸NHCOCH3NO2OHH2ONH2NO2FeBr2NH2NO2BrBrNaNO2H2SO4N2 HSO4NO2BrBrCuCNKCNCNNO2BrBrH3OCOOHNO2BrBrFeHClNaNO2HClH3PO2H2O第29页/共99页三、丙二酸酯和三乙的应用第30页/共99页丙二酸酯在有机合成中的应用 （1 1）制法）制法 CH3COOHP Cl2CH2COOHClNaCNNaOHCH2COONaCNC2

13、H5OHH2SO4CH2COOC2H5COOC2H5（2 2）性质）性质COOC2H5COOC2H5CH2NaOC2H5NaCOOC2H5COOC2H5CHpKa = 13第31页/共99页CH3CH2CH COOHCH3COOHCH2CH2CH2COOHCH2COOHCH3CH2CH COOHCH2COOH引入原有原有原有原有引入引入引入用丙二酸二乙酯法合成下列化合物，其结构分析如下： 丙二酸二乙酯的上述性质在有机合成上广泛用于合成各种类型的羧酸（一取代乙酸，二取代乙酸，环烷基甲酸，二元羧酸等）。丙二酸二乙酯在有机合成中的应用第32页/共99页CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONa

14、CHCOOC2H5COOC2H5_CH3CH2BrCH3CH2CHCOOC2H5COOC2H51) C2H5ONa2) CH3ICH3CH2CCH3COOC2H5COOC2H51) OH-2) H+CH3CH2CCH3COOHCOOH-CO2CH3CH2CHCOOHCH32 CH2(COOC2H5)2C2H5ONa2 CH(COOC2H5)2_BrCH2CH2BrCH2CH(COOC2H5)2CH2CH(COOC2H5)2CH2CH2COOHCH2CH2COOH1) OH-2) H+-CO21、2、第33页/共99页CH2(COOC2H5)22 C2H5ONaBr(CH2)4BrCOOC2H5

15、COOC2H51) OH-2) H+COOHCH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5_CH3CH2BrCH3CH2CHCOOC2H5COOC2H51) C2H5ONa2) ClCH2CO2NaCH3CH2CCH2COONaCOOC2H5COOC2H51) OH-2) H+CH3CH2CCH2COOHCOOHCOOH-CO2CH3CH2CHCOOHCH2COOH3、4、第34页/共99页CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2ClCH2CH2SCH3NKOON-CH(COOEt)2OONH-C-CH2CH2SCH3COO-OCOO-COO-N-C-C

16、H2CH2SCH3OOCOOEtCOOEtH3N+-CH-CH2CH2SCH3COO-HClBr2 CCl4NaNaOH蛋氨酸（ 50%） 烷基化丙二酸酯法合成氨基酸第35页/共99页乙酰乙酸乙酯在合成中的应用1. 以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮CH3CCHCOOC2H5ONa+CH3CCHCOOC2H5OCH2C6H5CH3CCHCOOHOCH2C6H5CH3CCH2CH2C6H5OCH3COOC2H5RONa (1mol)C6H5CH2Cl1 稀OH -2 H+-CO2CH3CCH2CH2C6H5O第36页/共99页2. 选用不超过4个碳的合适原料制备CH3CCHCOOC2H5O(

17、CH2)4BrBrCH3CCCOOC2H5O2 CH3COOC2H5C2H5ONaCH3CCHCOOC2H5ONa+C2H5ONaCH3COCOOC2H5CH3COCOOHBr(CH2)4Br分子内的亲核取代 稀-OHH+-CO2CCH3OCCH3O第37页/共99页3. 制备 CH3C-C-COOEtOCH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CHCOOHCH3CH3CH2CH2CHCOOHCH3H+NaOEtEtOHNaOEtEtOHCH3ICH3CH2CH2BrOH-（浓）+ CH3COOH酸式分解2CH3COOC2H5第38页/共99页4. 选用合适的原料制备下列结构的化合物。CH3C

18、CH2CH2CH2COHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2COEtOCH3C-CH-COOEtOCH2CH2COOC2H5OH-H+H2O- CO2CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2CCH3OCH3C-CH-COO EtOCH2CH2CCH3OH-H+H2O- CO2OCH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2CH2CH2CCH3OO第39页/共99页四 逆合成原理 逆合成原理是以合成子概念和切断法为基础，从目标化合物出发；通过官能团转换或键的切断；去寻找一个又一个前体分子（合成子），直至前体

19、分子为最易得的原料为止，这是完成合成设计的一条有效途径。逆合成分析过程包括：1 识别目标分子：2 对目标分子进行逆向分析；3 制定合成路线第40页/共99页切断：一种分析法，这种方法是将分子中的一个键切断使 目标分子转变成为一种可能的原料；官能团互换：把一个官能团换写成另一个官能团，以使切 断成为可能的一种方法；通常用FGI表示。合成等价物：一种能起合成子作用的试剂。合成子常由于 其本身太不稳定而不能直接使用；合成子：在切断时所得出的概念性的分子碎片，通常是个 离子；目标分子：最终要合成的分子；通常用TM表示。常用术语第41页/共99页例一：用三个或三个碳以下的有机原料和适当的无机试剂合成：第

20、二节 有机合成举例逆合成分析：CHCCH2CH3CH3H3CCHCH3CHCCH2CH3CH3H3CCHCH3CCH3CH3CH2CH2H3CCHOHCH3CCH3CH3OCH2CH2MgBrCHH3CCH3CH2CH2BrCHH3CCH3CH2CH2OHCHH3CCH3+(CH3)2CHBrO+第42页/共99页合成路线：CHCCH2CH3CH3H3CCHCH3CCH3CH3CH2CH2H3CCHOHCH3CH2CH2BrCHH3CCH3CH2CH2OHCHH3CCH3(CH3)2CHBrOMgH2OPBr3CH2Cl2MgCH3COCH3H2OH+无水醚无水醚第43页/共99页例二：用四个

21、或四个碳以下的有机原料和适当的无机试剂合成：逆合成分析：CCH(CH3)2CH2CHH3CCH3OCCH(CH3)2CH2CHH3CCH3OCHCH(CH3)2CH2CHH3CCH3OHCH2MgBrCHH3CCH3CH2BrCHH3CCH3CH2OHCHH3CCH3(CH3)2CHCHO+第44页/共99页合成路线：PBr3CH2Cl2CCH(CH3)2CH2CHH3CCH3OCH CH(CH3)3CH2CHH3CCH3OHCH2BrCHH3CCH3CH2OHCHH3CCH3Mg(CH3)2CHCHOH2OCrO3/Py无水醚第45页/共99页BrBrBr例三：用苯和适当的无机试剂合成：逆合

22、成分析：BrBrBrBrBrBrNH2NH2NO2第46页/共99页合成路线：BrBrBrBrBrBrNH2NH2NO2HNO3H2FeBr2NaNO2H2SO4H3PO2H2O浓H2SO4浓第47页/共99页例四：用苯和二个或二个碳以下的有机原料和无机试剂合成：逆合成分析：NOH+Cl-NOH+NOOHCHO + HN(CH3)2CH3COClNOH+Cl-第48页/共99页合成路线：HCl/HCHOCH2ClNOHNOOHCHO HN(CH3)2CH3COClAlCl3NaBH4BnClNOH+Cl-ZnCl2第49页/共99页例五：用三个或三个碳以下的有机原料和适当的无机试剂合成：逆合成

23、分析：CH3CH2CH2CH2CH3HHCH3CH2CH2BrCH3CH2CH2CH2CH3HHCH2CH2CH3CH3CH2CH3CH2CHBrCHBrCH2CH2CH3orCH2CH3+CH3CH2Br+第50页/共99页合成路线：HCCHCH3CH2BrCH3CH2HNaNH2NH3(l)CH3CH2CH2BrCH3CH2CH2CH2CH3NaNH3(l)CH3CH2HHCH2CH2CH3NaNH2NH3(l)第51页/共99页例六：用环己醇作原料合成以下化合物：逆合成分析：OHOMgBrOBr+OHOOH第52页/共99页合成路线：CrO3/pyCH2Cl2ONBSCCl4, AIBN

24、BrMg/I2OH2OOHH+OOHH+CH3COOOHNa2CO3CH3IOHLDACH3IO无水醚无水醚第53页/共99页例七 用不超过二个碳的简单有机原料或苯合成下列化合物：逆合成分析：OOOHOOHO+OHCH3CH2BrO+第54页/共99页合成路线：OOHOClOAlCl3H2/PtH+C6H5COOHNa2CO3OHOCH3CH2BrOMgOHKMnO4HO-, H2OH+SOCl2ClO无水醚第55页/共99页例八 用不超过四个碳的简单有机原料合成下列化合物：逆合成分析：OOOOOHOOHBr+第56页/共99页合成路线:OHOOHBrNaNH2NH3Lindlar Cat.H

25、2OsO4Et2OH2OTsOHOO第57页/共99页例九 用环己烯和二个碳的简单有机原料合成下列化合物：逆合成分析：OCH3OOCH3OCH3OOCH3CHOOOHOOH第58页/共99页合成路线:OCH3OCH3思考题: 如何制备下列化合物:CHOOOHOOHB2H6H2O2, HO-CrO3/PyCH2Cl2CH3CH2MgBrH+O3Zn/H2OCH3OHTsOHOCH3OOCH32 H2O1第59页/共99页例十 用苯和四个碳以下的简单有机原料合成下列化合物：CH2OH第60页/共99页逆合成分析：CH2OHBrOHOOCOOH第61页/共99页合成路线:COOHBrOHOOCOCl

26、AlCl3Zn/HgHClCH3CH2COClAlCl3NaBH4PBr3Mganhydrous etherCO2HClCH3CH2OHLiAlH4CH2OHH+第62页/共99页例十一 用苯，苯甲酸和五个碳以下的简单有机原料合成：PhOPhO第63页/共99页逆合成分析：PhOPhOPhOHCHOPhCH2CH2MgBrCH2OHBr+ CH2OPhCH2CH2BrPhCH2CH2OHPhMgBrO+第64页/共99页合成路线:Br2BrMganhydrousetherOH+PhOHCHOCH2OHBr HCHOPhCH2CH2BrPhCH2CH2OHPBr3Mganhydrousether

27、H+MganhydrousetherH+CrO3HClCHOPhCOClPhOCOPhPhCOOHSOCl2PhCOCl第65页/共99页例十二 用苯, 三个或三个碳以下的有机原料和适当 的无机试剂合成：BrBrOCH3H3CO第66页/共99页逆合成分析：OCH3H3COBrBrOHHOBrBrNH2H2NBrBrBrNHNHBrBrNO2Br第67页/共99页合成路线：NH2H2NBrBrBrNHNHBrBr2FeCl3H2SO4BrHO3SH2SO4HNO3BrNO2HO3SBrNO2ZnNaOHH+NaNO2HClH+H2OOHHOBrBrOCH3H3COBrBrCH3IK2CO3Br

28、H3O+第68页/共99页例十三 用不超过四个碳的简单有机原料合成下列化合物：OONH2OH第69页/共99页逆合成分析：OOOOOOOOOOOOOONH2OH第70页/共99页合成路线：OOOOOO+Br2OOOBrBrBaseOOOhvOOONH3H+OOOHNH2第71页/共99页例十四 用不超过四个碳的简单有机原料和苯合成消毒剂：OONPhCl+第72页/共99页逆合成分析：OONPhCl+OONHOONHONONHBrON+PhCH2ClO第73页/共99页合成路线：OPhCH2ClONHHOONHON中性碱HOONHCHOHCl, ZnCl2CH2ClHClCH3OHHClSOCl

29、2ClON HClK2CO3, CH3COCH3OHOONOONPhCl+浓第74页/共99页例十五 用不超过二个碳的简单有机原料或苯合成下列化合物：HHOOHCH3O第75页/共99页逆合成分析：HHOOCH3OHHCH3OOOHCH3OOHHCH3OOHHCH3OOHCH3OOClOCH3ClClOOEtOO+第76页/共99页合成路线：HMeOOHMeOOClOMeHOClOOOHOHOOBaseOOEtOOCHClPCl5AlCl3AlCl3HNaHMeOOHLindlarcatalystHMeOOHHMeOOOHHOOMeOHEtOH/H+第77页/共99页例十六 用D-(+)-甘油

30、醛合成D-(-)-来苏糖：CHOCH2OHOHCH2OHOHHOHOCHO第78页/共99页CHOCH2OHOHCH2OHOHHOHOCHOCH2OHOHHOHOCNCOOHCH2OHOHHOCH2OHOHHOHOCOOHCH2OHOHHOCN逆合成分析：第79页/共99页CHOCH2OHOHCH2OHOHHOHOCHOHCNCH2OHOHOHCNCH2OHOHCNHO分离CH2OHOHCNHOH+/H2OCH2OHOHHOCOOHCH2OHOHOCO-H2ONa/HgpH= 3-5H2OCH2OHOHHOCHOHCN分离CH2OHOHHOHOCNH+/H2O-H2ONa/HgpH= 3-5H2O合成路线：第80页/共99页例十七 用不超过五个碳的简单有机原料合成下列化合物：OOOHOOOHHOOOHOHCNOHOHCHOOHCHOHCHOCH2OHBr逆合成分析：第81页/共99页OOOHHOOOHOHCNOHOHCHOOHCHOCH2OHBrMgHCHOH2OCrO3PyHCHO-OHHCNH+合成路线：第82页/共99页例十八 用不超过五个碳的简单有机原料合成下列化合物：HHOOOOHHOOOOHHCH3H3CH5C2OOOOC2H5OOOHHOOOOOOHOHO逆合成分析：第83页/共99页HHOOOOHHCH3H3C