上海有机所合成讲义第1讲

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以官能团为线索通过对有机物共同特性(官能团)的分析去解析有机合成反应，掌握反应的共性与规律，理解并记忆有机合成反应基本思路C-C键的形成反应官能团的相互转化重点：立体化学第2页/共55页参考文献：1.许杏祥,有机合成讲义，2.Boger,D.L.ModernOrg.Chem.

3.Carey,F.A.AdvancedOrganicChemistry第3页/共55页1、分析下述化合物的结构特性并推测其可能发生的化学反应2.请在括号中填写适当的化学试剂或结构式第4页/共55页1、分析下述化合物的结构特性并推测其可能发生的化学反应第5页/共55页第6页/共55页第一章

概述第一节基本概念构象(conformation)：由于单键的‘自由’旋转使分子中的原子或基团在空间上产生不同的排列，这种排列形式称为构象。由单键旋转产生的异构体称构象异构体或旋转异构体－《基础有机化学》邢其毅，徐瑞秋，周政，裴伟伟编，高等教育出版社，1993。特征：通过单键简单旋转即可相互转化，不可分离第7页/共55页构型(configuration)：由于共价键的方向性使分子中的原子或基团在空间上所产生的、不能通过单键的简单旋转而重叠的不同排列，这种排列形式称为构型。由此产生的异构体称构型异构体。特征：可分离第8页/共55页在某些特定条件下，构象和构型并没有明显的界限。一些化合物的优势构象也具有大的刚性，从而失去自由旋转的能力，这种刚性的构象也可以称它具有一定的构型。－《基础有机化学》邢其毅，徐瑞秋，周政，裴伟伟编，高等教育出版社，1993。第9页/共55页化学选择性(Chemoselectivity)：指同一试剂与反应底物分子中不同官能团的反应性能差异。－《有机合成中的选择性》R.S.Ward著，王德坤等译，科学出版社：北京，2002。第10页/共55页第11页/共55页区域选择性(位置选择性，Regioselectivity)：指在一个分子中(某些键形成或断裂)多个可能的反应位置上选择性地进行反应，优先生成一个(多个)异构体。－《有机合成中的选择性》R.S.Ward著，王德坤等译，科学出版社：北京，2002。第12页/共55页Hassner,A.J.Org.Chem.1968,33,2684.BullSoc.Chim.Fr.1970,2707.&Chem.Commun.1974,253.第13页/共55页

立体选择性(Stereoselectivity)：指反应优先生成一个(多个)仅仅是构型不同的产物的现象。－《有机合成中的选择性》R.S.Ward著，王德坤等译，科学出版社：北京，2002。J.Am.Chem.Soc.1963,85,3878&Anorg.Chem.Org.Chem.1980,1455.第14页/共55页对映选择性(enantioselectivity)：指反应选择性地生成（一对对映体中的)某个对映异构体的现象。－《有机合成中的选择性》R.S.Ward著，王德坤等译，科学出版社：北京，2002。对映体(enantiomer):指成镜像但互不重合的立体异构体。表示方式：对映体过量(ee)=(E1-E2)/(E1+E2)x100%第15页/共55页非对映选择性(diastereoselectivity)：指反应选择性地生成(非对映体中的)一个(多个)非对映异构体的现象。非对映异构体(diastereomer)：具有两个或多个不对称中心但互不成镜像的立体异构体。表示方式：非对映体过量(de)=(D1-D2)/(D1+D2)x100%

或dr＝非对映异构体二者的相对比例De＝84%;dr=92:8第16页/共55页第二节影响反应的一些因素§1.2.1电子效应的影响电子效应(Electroniceffects)指反应物（试剂）的电子特性对化学反应的影响，包含共振效应(与不饱和体系相连接时)和场效应(通过键和空间)。例如：

反应的决速步骤是OH-对羰基的进攻,在过渡态中羰基碳的电荷密度明显增加，因此当芳基带有吸电子基团时将分散其负电荷，降低其过渡态的能量从而提高反应的速度。因此，带有吸电子基团的活性高而带有供电子基团的活性低。第17页/共55页Li,A.H.etal.J.Org.Chem.1996,61,4641.

第18页/共55页§1.2.2立体效应的影响

立体效应(Stericeffect)是指进攻试剂接近底物时选择空间位阻较小一面的趋势（非键斥力）对反应性能的影响。

有时，反应的加速或减缓很难通过电子效应解释，此时往往是由于位阻效应的缘故。例如，

上述反应速度的减缓主要是由于立体位阻效应的缘故。第19页/共55页

位阻效应不一定是降低反应速率，有时也可以加速反应的进行。例如在卤代烷通过SN1反应水解中，反应中心碳从SP3到SP2,大位阻可以促进这一过程的进行。Np新戊基第20页/共55页t-Bu0Morton,D.;Pearson,D.;Field,R.A.;Stockman,R.A.Org.Lett.2004,6,2377.第21页/共55页§1.2.3立体电子效应的影响立体电子效应(Stereoelectroniceffect或称构象效应conformationaleffect)是指构象对反应性能的影响。构象效应不仅会影响反应的立体化学也会影响反应活性，在构象不能满足反应要求的情况下甚至会完全阻止反应的发生。第22页/共55页构象效应有时会影响反应的活性，在构象不能满足反应要求的情况下甚至会完全阻止反应的发生。第23页/共55页Corey,E.J;Asneen,R.A.J.Am.Chem.Soc.

1950,6292.第24页/共55页溶剂效应(solventeffect)主要指作为反应介质的溶剂对反应方向、速度及立体化学的影响。溶剂对反应活性的影响与溶剂的极性和反应的类型相关，具体的影响见表1－2－1。§1.2.4溶剂效应的影响第25页/共55页a11mol%ligand1,10mol%Cu(OTf)2.Zhouetal.J.Org.Chem.

2004,69,1309.第26页/共55页Zhouetal.J.Org.Chem.

2004,69,1309.第27页/共55页第28页/共55页第三节有机合成反应的几个重要问题§1.3.1选择性的控制

有机反应热力学主要涉及化学反应平衡的问题，即反应能否发生，有多少可以转化为产物的问题，与反应速度无关。 对于一个可逆反应，其平衡常数与自由能的关系可表示为：G=-RTLnK其中

DG=DH-TDS DH为在标准条件下生成物与反应物的焓差，可近似于所有形成新键的键能之和减去所有断裂键键能之和。 反应物与生成物的能量差DE在反应体积不变(DV=0，DE=DH)时可近似地认为与反应焓变相等，此时若反应物与生成物分子数相等，此时反应的焓变与生产物反应物的能差以及反应的自由能变化可近似于相等，由此可以对一些反应的平衡常数进行估算。利用一个反应的动力学或/和热力学行为的差异可以控制反应的选择性第29页/共55页Overallreactionisexothermic.-ΔG

-17kcal/mol,soreactionisfavorable,spontaneous.

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有机反应的热力学研究仅能提供反应进行的可能性以及进行的程度，并不代表实际能够发生。有机反应的动力学的研究可以提供这一反应的反应速度以及发生反应所需条件。Moleculerate(experimentally)=1012molecules/secWithoutcatalyst:Keq=2.8x1012第31页/共55页△G‡uncar.=33.87kcal△Gcat‡.=20kcal△G0=-17kcal

EReactioncoordinate——catalyzedreaction……UncatalyzedreactionΔG‡=-RTlnk‡ΔG‡uncat.=33.9kcal/mol;Kuncat.=1.0x1012mol/secΔG‡cat.=20kcal/mol;Kcat.=1.0x1022mol/sec第32页/共55页催化反应与非催化反应的能量关系图第33页/共55页Reactioncoordinate△GC‡△GB‡△△G‡△GBKineticproductThermodynamicproduct△△G△GCFreeEofActivationE有机反应的热力学与动力学控制ThermodynamicproductMorefavorableΔG

KineticproductMorefavorableΔG‡

反应不可逆，B反应可逆，C第34页/共55页BogerJACS,1997,119,311.第35页/共55页第36页/共55页§化学选择性控制:

反应涉及两个或多个活性官能团时选择性地使其中某一官能团反应Case1利用不同试剂(或在不同条件下)反应活性的差别可实现化学选择性的控制第37页/共55页第38页/共55页Case2官能团相同时，利用立体或(和)电子效应可实现化学选择性的控制第39页/共55页第40页/共55页Case3官能团相同时，利用底物与试剂作用实现化学选择性的控制第41页/共55页作用机理示意图第42页/共55页Case4第43页/共55页通过上述一些策略的应用，可以实现一些反应化学选择性的任意控制第44页/共55页第45页/共55页H.Yamamoto,JACS1994,116,4131.第46页/共55页§区域选择性控制:使反应选择性地在某个官能团的特定部位进行Case1利用反应试剂性能的差别可实现区域选择性的控制Hassner,A.J.Org.Chem.1968,33,2684.Brown，H.C.OrganicSynthesisviaBoranes,Wiley:Newyork,1975.第47页/共55页Case2利用电子或(和)立体效应可实现区域选择性的控制JACS,1968,90,4464;JOC,1969,34,2324&JOC,1