有機(jī)合成論文

1、 目錄 摘要1關(guān)鍵詞11概述11.1 有機(jī)合成含義11.2 有機(jī)合成的重要性22 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的一般方法和要求22.1 逆合成法22.2 合成路線設(shè)計(jì)的一般要求33 常見的有機(jī)化合物的合成路線的設(shè)計(jì)33.1 常見的含單官能團(tuán)化合物的合成路線33.1.1 簡(jiǎn)單醇的切斷33.1.2 烯烴的合成43.1.3 芳香酮的合成53.1.4 簡(jiǎn)單醛酮和羧酸的合成53.2 常見的二官能團(tuán)化合物的合成73.2.1 - 羥基醛酮和，-不飽和醛酮的合成73.2.2 二羰基化合物的合成83.2.3 -羥基羰基化合物(包括-羥基酸和-羥基酮)的合成9 3.3 含雜原子和芳香族化合物的合成10 3.3.1 胺的合成1

2、0 3.3.2 芳香族化合物的合成114總結(jié)115參考文獻(xiàn)11有機(jī)合成常用方法及解題思路的研究摘要：有機(jī)合成的方法是有機(jī)合成化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ),有機(jī)合成方法的產(chǎn)生和發(fā)展可為有機(jī)合成開拓研究領(lǐng)域和發(fā)展方向?，F(xiàn)代有機(jī)合成不只是合成什么的問題,更重要的是如何合成和怎樣合成的問題。 有機(jī)合成與21 世紀(jì)的三大發(fā)展學(xué)科材料科學(xué)、生命科學(xué)和信息科學(xué)有著密切的聯(lián)系,為三大學(xué)科的發(fā)展提供理論、技術(shù)和材料的支持。 新世紀(jì)有機(jī)合成將進(jìn)一步在這三大學(xué)科領(lǐng)域中發(fā)揮作用并開辟新的領(lǐng)域。 隨著生命科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展,尤其進(jìn)入后基因組時(shí)代后,需要有機(jī)合成快速提供各種具有特定生理和材料功能的有機(jī)分子,而要獲得有新結(jié)構(gòu)的功能類型

3、分子往往取決于新的合成方法，本文中通過大量的范例及實(shí)驗(yàn)，講述有機(jī)合成方法的重要作用及相關(guān)解題思路。關(guān)鍵詞：有機(jī)合成 方法 解題思路1概述有機(jī)合成在當(dāng)代社會(huì)發(fā)展得非?？欤袡C(jī)合成的目的主要是合成自然界已經(jīng)有的但數(shù)量很少的物質(zhì)或者合成自然界沒有的物質(zhì)。20世紀(jì)70年代以后，有機(jī)合成的新領(lǐng)域迅速發(fā)展，如一些有一定立體構(gòu)象的天然復(fù)雜分子的合成，一些新的理論和方法如反應(yīng)機(jī)理、構(gòu)象分析、光化學(xué),各種物理方法分析手段的應(yīng)用等方面的進(jìn)展，尤其是分子軌道對(duì)稱守恒原理的提出，對(duì)有機(jī)合成化學(xué)起著極大的推動(dòng)作用。1.1 有機(jī)合成含義有機(jī)合成(organic synthesis)是使原理按一定次序進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)，得

4、到具有指定結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物的過程。亦即，人們按照不同的需要，根據(jù)有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)，利用價(jià)廉易得的原料進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)，得到所需有機(jī)化合物的工作，稱為有機(jī)合成。欲待合成的分子稱為目標(biāo)分子(Target Molecular, TM).每一個(gè)獨(dú)立的化學(xué)反應(yīng)稱為一個(gè)單元反應(yīng)(Unit Reaction)1。按一定次序進(jìn)行的一系列單元反應(yīng)，就構(gòu)成了所謂的合成路線(Synthetic Route)。1.2 有機(jī)合成的重要性有機(jī)合成的重要性首先體現(xiàn)在它是有機(jī)化學(xué)的重要組成部分，有機(jī)化學(xué)工作者常常需要合成預(yù)期有重大意義的目標(biāo)化合物，從而研究其性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，或用于研究反應(yīng)機(jī)理，證實(shí)新的理論?？梢?，沒有有機(jī)

5、合成，結(jié)構(gòu)和性能的研究就難以深入。再者有機(jī)合成是了解自然、探索自然和改造自然的武器之一。有機(jī)化學(xué)工作者通過合成從自然界不斷發(fā)現(xiàn)的新的有機(jī)化合物，以達(dá)到了解自然、探索自然之目的2。同時(shí)，改進(jìn)某些天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，以尋找比天然產(chǎn)物性能更好的化合物，實(shí)現(xiàn)改造自然的目的。最后有機(jī)合成對(duì)于國(guó)計(jì)民生都是不可缺少的。有機(jī)合成工業(yè)可分為基本有機(jī)合成工業(yè)和精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)兩大類。這兩類工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中都是不可缺少的，沒有精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)，就沒有豐富多彩、滿足人民生活需要的各種產(chǎn)品。沒有基本有機(jī)合成工業(yè)，精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)也就“巧婦難為無米之炊”了。 2 有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的一般方法和要求進(jìn)行有機(jī)合成的第一步也是最關(guān)鍵

6、的就是進(jìn)行有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)，有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)的方法有很多，現(xiàn)在最常見的一種方法是利用逆推的思維方式進(jìn)行合成路線的設(shè)計(jì)。也稱“逆合成法”2.1 逆合成法逆合成法首先是由科里(E.J.Corey,美國(guó)哈佛大學(xué))在1964年創(chuàng)立的(J.A.C.S,1964,84,478),隨后引起有機(jī)化學(xué)家的極大興趣和重視，并正在繼續(xù)豐富和發(fā)展中3。所謂逆合成法就是從需要合成的目標(biāo)分子出發(fā)，由后往前推，推導(dǎo)出目標(biāo)分子的前體(Precursers),并同樣地找出前體的前體，如此繼續(xù)直至到達(dá)較簡(jiǎn)單的起始原料(或所給的原料)為止4。這就是說，逆合成法是采取“以退為進(jìn)”的手段來實(shí)驗(yàn)合成的目標(biāo)。逆合成法是大多數(shù)有機(jī)合成工

7、作者所使用的方法5。究其原因，是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，他們所知道的僅僅是目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)，除了由產(chǎn)物回推到原料外沒有其它更好的方法可采用。2.2 合成路線設(shè)計(jì)的一般要求如何選擇合成路線是個(gè)非常復(fù)雜的問題，它與原料的來源、產(chǎn)率的高低、成本的貴賤都有關(guān)系，而且還受生產(chǎn)條件、產(chǎn)品用途和純度要求等因素的制約，往往必須根據(jù)具體情況、具體場(chǎng)合和具體條件作出合理的選擇6。有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)所考慮的一般原則主要有如下三點(diǎn)7：（1）采用盡可能有效(產(chǎn)率高)的反應(yīng)和方便的步驟。盡可能地避免和控制副反應(yīng)的發(fā)生。（2）總收率要高：要求每個(gè)單元反應(yīng)的收率高(無異構(gòu)體生成)；單元反應(yīng)要盡可能少。（3） 原料是價(jià)廉易得的。3 常

8、見的有機(jī)化合物的合成路線的設(shè)計(jì)有機(jī)合成是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，本課題就介紹一下常見的含單官能團(tuán)、二官能團(tuán)及含簡(jiǎn)單雜原子化合物的合成路線的設(shè)計(jì)方法，首先來介紹常見的含單官能團(tuán)化合物的合成路線。3.1 常見的含單官能團(tuán)化合物的合成路線含單官能團(tuán)的化合物有很多，本文有選擇性地對(duì)常見的重要的單官能團(tuán)的化合物的合成方法進(jìn)行論述。3.1.1 簡(jiǎn)單醇的切斷對(duì)于簡(jiǎn)單醇的合成，我們首先進(jìn)行合理的切斷，得到合理的合成子。亦即是逆推法的應(yīng)用。例如下例的合成是通過切斷，鍵(通過異裂的方式)，得到兩個(gè)合成子8：對(duì)分子進(jìn)行合理推斷是逆推合成法的最基本的手段，通常將分子切斷成正、負(fù)離子兩部分。正離子部分的合成等效劑為醛酮，負(fù)

9、離子部分的情況有下列三種：Y- 為良好的負(fù)離子，如-CN 、R-CC- 等；Y- 為R-， 較通常的情況下，R- 的合成等效劑是RMgX 和Rli；Y- 為H -，其合成等效劑是NaBH4或LiAlH4。亦即用NaBH4或LiAlH4還原羰基化合物。 的合成是利用這種切斷的一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子。、分析 合成3.1.2 烯烴的合成烯烴的合成方法常見的有以下幾種方法。3.1.2.1 烯烴脫水烯烴通常在酸性條件下由醇脫水而得9。例如：合成 分析 b為無用的切斷，因此是不合理的。合成 3.1.2.2 鹵代烴脫鹵化氫在戰(zhàn)略上，此法與醇脫水基本相同，因?yàn)橥榛u通常是由醇制備的。3.1.2.3 借助Wittg

10、反應(yīng)合成烯烴例如3.1.3 芳香酮的合成芳香酮的合成主要通過Friedel-Crafts ?；磻?yīng)10。對(duì)該合成路線有以下幾點(diǎn)說明：（1）如果X為硝基、氰基、?；Ⅴセ?、磺酸基，則無反應(yīng)（2）該反應(yīng)可用于制備芳環(huán)上具有烷基側(cè)鏈的化合物，并可由此生成的酮，再經(jīng)Clemensen 還原反應(yīng)或Kishner-Wolff-Huang Minglong 還原反應(yīng)制得。例如： 3.1.4 簡(jiǎn)單醛酮和羧酸的合成醛、酮、羧酸的合成方法很多，本文只對(duì)一些常見的合成方法進(jìn)行論述11。3.1.4.1 醛的合成（1）通過斯梯芬還原(Stephens Reduction) （2）Rosenmund酰氯類還原法或用Li

11、AlH(OBu-t)3 還原酰氯（3）使用CrO3/Ac2O 氧化此反應(yīng)只適用于芳醛，而且必須有甲基連于芳環(huán)上。3.1.4.2 酮的合成（1）由仲醇氧化（2）有機(jī)鎘試劑與酰氯反應(yīng)（3）Friedel-Crafts ?；磻?yīng)(芳香酮的合成)如制備分析 芳環(huán)上的兩個(gè)基團(tuán)皆是間位定位基。我們得先進(jìn)行FGI。由于芳香酮一般是通過Friedel-Crafts ?；磻?yīng)得到，故對(duì)-CHO 進(jìn)行FGI。合成3.1.4.3 羧酸的合成（1）伯醇及醛的的氧化（2）RCN水解法（3）Grignard 試劑與二氧化碳反應(yīng)如合成其中路線a的仲鹵代烴在CN 作用下易發(fā)生消除反應(yīng)，不理想。路線c和b是可行的，而且都可

12、返回到同樣的起始原料。3.2 常見的二官能團(tuán)化合物的合成常見的二官能團(tuán)化合物通常是指含有羥基，不飽和鍵的醛酮以及二羰基化合物，現(xiàn)對(duì)它們的合成路線進(jìn)行論述。3.2.1 - 羥基醛酮和，-不飽和醛酮的合成- 羥基醛酮可借助于醇醛縮合反應(yīng)(Aldol Condensation )來制備。醇醛縮合反應(yīng)的產(chǎn)物失去一分子水，得到，-不飽和醛酮。有關(guān)醇醛縮合反應(yīng)的幾點(diǎn)說明：（1）反應(yīng)可被酸催化，也可被堿催化。有利于生成，-不飽和醛酮的因素：提高堿的濃度、利用酸性催化劑和在I2存在下加熱。如果縮合產(chǎn)物為芐醇衍生物，則極易脫水生成，-不飽和醛酮。（2）縮合方式有：醛酮的自身縮合；混合醇醛縮合：其中兩分子含有-H

13、的醛酮縮合，得四種產(chǎn)物，在合成上無意義；而一分子含有-H的醛酮與另一分子不含-H的醛酮之間的縮合是我們經(jīng)常應(yīng)用的一種方法；分子內(nèi)醇醛縮合反應(yīng)是合成環(huán)狀化合物的重要方法。（3）含-H的硝基化合物也可以與醛酮發(fā)生醇醛縮合反應(yīng)，這是制備-硝基醇、-氨基醇的一種方法。例如：安息香縮合實(shí)際上是由芳醛合成-羥基酮的反應(yīng)，如下例中，由(1)轉(zhuǎn)化為(3)的過程。羰基碳是帶正電的，本不與另一羰基碳作用，但經(jīng)轉(zhuǎn)換成(2)后，此原子帶負(fù)電荷，并可與ArCHO作用。由(1)到(2)的過程就是極性轉(zhuǎn)化的過程. 3.2.2 二羰基化合物的合成 由于兩個(gè)羰基的位置不同，二羰基化合物分為1,3-，1,4-，1,5-，1,6-

14、等多種類型的二羰基化合物，本文只介紹1,3-，1,5-兩種二羰基化合物的合成方法。3.2.2.1 1,3-二羰基化合物的合成Claisen 縮合反應(yīng)是制備1，3 - 二羰基化合物的重要反應(yīng)。Claisen 縮合反應(yīng)是在堿催化下以酯為?；瘎；顫姎浠衔锏姆磻?yīng)。反應(yīng)的結(jié)果是活潑氫原子被酯的?；脫Q。堿性試劑常用的是NaOEt 、NaH與NaCPh3NaOEt 、NaH與NaCPh3三者的區(qū)別：NaOEt 使含有兩個(gè)-氫的酯縮合，應(yīng)用最廣。NaH與NaCPh3 不但能使所有的被NaOEt 催化下縮合的酯縮合，還能使只有一個(gè)-氫的酯縮合。例如. 含活潑氫的化合物是酯、酮、腈等?？s合反應(yīng)通常有以下

15、幾種類型，根據(jù)合成目標(biāo)的不同進(jìn)行合理的選擇：（1）相同酯間的縮合（2）分子內(nèi)的Claisen 酯縮合反應(yīng)-Dieckmann 縮合（3）交叉Claisen 縮合反應(yīng)（4）酯與醛酮間的縮合（5）酯與腈的縮合3.2.2.2 1,5-二羰基化合物的合成邁克爾加成反應(yīng)(Michael Addition)是合成1,5-二羰基化合物的重要反應(yīng)。所謂Michael 加成反應(yīng)指的是活潑亞甲基化合物在堿性催化劑存在下，對(duì)、- 不飽和醛、酮、羧酸酯、腈、硝基化合物、磺酸酯的共軛加成(1，4 加成)。其通式為12： 3.2.3 -羥基羰基化合物(包括-羥基酸和-羥基酮)的合成3.2.3.1 -羥基酸的合成-羥基酸的

16、合成可以按如下方法進(jìn)行切斷并進(jìn)一步合成3.2.3.2 -羥基酮的合成我們可以從如下兩個(gè)反應(yīng)得到啟示：試設(shè)計(jì) 的合成路線。分析合成 我們需要由丙酮和乙炔制得對(duì)稱的雙加成物。在酸性介質(zhì)中，叔醇自動(dòng)地形成目標(biāo)分子，下面這個(gè)反應(yīng)是特殊場(chǎng)合的-羥基酮的合成。此反應(yīng)稱為苯偶姻縮合(安息香縮合)。酮醇縮合(Acyloin Condensation)也可用于-羥基酮的合成13。例如： 的合成路線：3.3 含雜原子和芳香族化合物的合成含雜原子的化合物有很多，本文針對(duì)胺的合成進(jìn)行論述。3.3.1 胺的合成胺的合成方法有多種，歸納如下：（1）Hofmann 反應(yīng)：Hofmann 反應(yīng)指的是氨或胺的烴基化(用RX，其

17、中R為脂肪族或環(huán)上有吸電子的芳基)。由于烴基供電子效應(yīng)，產(chǎn)物的親核性比原料強(qiáng)，要避免多烴基化將是不可能的。因而，這種方法并不好。（2）伯胺的一些特殊制備方法主要有Gabriel 合成法和 Hofmann 降級(jí)反應(yīng)Gabriel 合成法14：Hofmann 降級(jí)反應(yīng)：（3）還原反應(yīng): 還原硝基化合物、腈、肟和酰胺可得到相應(yīng)的胺。3.3.2 芳香族化合物的合成重氮鹽在芳香族化合物合成中的具有十分重要的應(yīng)用，此類方法在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)中已有詳細(xì)的討論15，在此僅舉一例來說明。例如：由甲苯合成4 甲基-2-溴苯酚。分析合成 實(shí)際過程中，胺被保護(hù)成酰胺，以降低其活性。 4 總結(jié) 有機(jī)合成的發(fā)展的基礎(chǔ)是有機(jī)合成方法。有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)和選擇是有機(jī)合成中方法最重要的一個(gè)方面，選擇合理的合成路線能夠很快的并且準(zhǔn)確的