R有機合成及周環(huán)反應

有機合成設計簡介有機合成是指以元素，簡單的無機化合物或有機化合物通過合理的的化學反應，制取比較復雜的有機大分子的過程。任何有機合成都要盡可能符合下列幾個前提：1.應采用盡可能有效（產(chǎn)率高）的反應和方便的步驟，力求采用只生成一種或主要生成一種產(chǎn)物的可靠反應。2.盡可能壓縮反應步驟，以避免周期過長和總產(chǎn)率過低，如每步產(chǎn)率為80％的10步合成，總產(chǎn)率只有10.7％，而每步產(chǎn)率為40％的兩步合成，總產(chǎn)率可達16％。3.原料易得且價廉，通常含五個碳或少于五個碳原子的官能團和取代苯，大多易得、易購。逆合成分析（retrosynthesis）：目標化合物一、基本概念（切斷、合成子、合成等價物、官能團互換）：切斷→一種分析方法。將分子中的一個共價鍵切斷，使分子變?yōu)閮蓚€或多個斷片，這些斷片可以是離子，也可以是自由基或分子。以上切斷得到的分子斷片稱為合成子（synthon）,由這些合成子可以合成目標分子，但這些離子不穩(wěn)定，不可能直接得到，但可以找到上述合成子作用相同的試劑，這些試劑稱為等價合成物。例：例：B的等價物為C的等價物為官能團互換FGI(FunctionalGroupInter-conversion)把一個官能團轉(zhuǎn)換寫成另一個官能團，以便使切斷成為可能。如：是否能找到合理的合成方法，與分子的切斷是否合理有著密切的關(guān)系。一個好的切斷方法硬滿足以下條件。1.以合理的反應機理為依據(jù)：如：顯見b處切斷更為合理。2.最大程度的簡化合成目標：b處切斷得到：較為合理3、給出易得的原料：切斷目標分子所得的分子應該是常見的小分子或無機試劑，一般有機分子常用5個碳以下的化合物為原料，如：此規(guī)則稱為五碳規(guī)則。二、基團的切斷：<一>烯烴：烯烴在切斷分析中比較簡單的方法是切斷雙鍵，將目標分子轉(zhuǎn)變?yōu)橥蚖itting試劑：端基烯烴可以從烯丙基處切斷，使變?yōu)橄┍透袷显噭?lt;二>ROH：醇一般切斷為格氏試劑和羰基化合物：

b處切斷原料易得：<三>酮：酮的切斷為一個烯醇負離子和一個鹵代烴的方法是常用的，這是因為羰基化合物區(qū)位專一，可以保證烴基直接連接在所需的位置上；另一種方法是將酮轉(zhuǎn)變?yōu)榇荚龠M行切斷：甲基酮具有特殊的切斷，在甲基酮的一側(cè)引入致活基CO2Et并從此處切斷，此種切斷是以“三乙”位基處，所以：該轉(zhuǎn)變的試劑就是“三乙”芳酮可以切斷為芳烴和酰鹵：芳酮的還原可以得到烴基苯，即提供了烴基苯的合成方法。<四>羧酸：除可以將羧酸轉(zhuǎn)變?yōu)榇?，按醇的方式切斷外，還可以將羧酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦袷显噭┖虲O2：另一種切斷方式是將長鏈切斷為RX和合成子-CH2CO2H：<五>羧酸衍生物：合成子Y-的試劑包括：由于酰胺用LiAlH4還原可得胺，所以這也可以作為酰胺的切斷方法之一：例題1、布洛芬的合成：2、合成：3、合成曲吡那敏：4、合成苯海拉明：5、下面的有機物具有很好的鎮(zhèn)痛作用，試以市售的間氨基酚、環(huán)己酮為主要原料合成之：三、官能團的保護：多官能團的化合物在反應過程中，試劑不僅與指定的官能團發(fā)生反應，而且也和其他官能團發(fā)生反應，因此就必須把這些不需要參與反應的官能團保護起來，待反應結(jié)束后，再把這些官能團還原回來，稱為官能團的保護。<一>羥基的保護：醇在二氫吡喃中，在酸催化下易發(fā)生加成反應生成醚，而此醚在稀酸水溶液中加熱，又很容易除去四氫吡喃而釋放出醇羥基：二元醇，可以用縮醛形式保護起來，苯甲醛易和二元醇生成縮醛，反應結(jié)束后可以催化氫化，即可以除去芐基：此法也可用于保護羰基。<二>氨基的保護：大部分采用?；ūＷo氨基，但要求分子能抗酸或堿性的水解，較理想的?；瘎┦瞧S氧?；蚴宥⊙貂；?，因為它們的引入除去較為方便：<三>羰基的保護：羰基經(jīng)常采用縮醛或縮酮形式進行保護，乙二醇是常用的試劑，另一種是巰基醇：例：四、二基團的切斷：1、1，3—二氧骨架：

β—羥基酮從靠近羥基處切斷：

β—二酮：

2、1，5—二氧骨架：1，5—二羰基化合物可以作如下切斷：3、1，4—二氧骨架：1，4—二氧骨架的切斷可以從中間切斷，問題的關(guān)鍵是如何分配電荷，從而得到合理的合成路線：為了使酮的α位烴基化，往往將酮轉(zhuǎn)變?yōu)橄┌罚┌泛挺痢u代酯反應可以得到目標分子：4、1，6—二氧骨架：1，6—二氧骨架可以看作是六元碳環(huán)的氧化產(chǎn)物，因此，在分析1，6—二氧骨架化合物時，不是將其切斷，而是將它們環(huán)合為環(huán)己烯的衍生物。通常采用兩種方法，一種是在環(huán)己烯雙鍵上加水，羰基放在碳架交點上，在進行切斷：另一種方法是逆Diels—Alder反應：例題1、試合成在制備奎夾竹堿過程中的中間體：2、合成：分析：3、合成：4、合成：5、合成：6、合成：練習題由基本原料合成下列各化合物：周環(huán)反應一、周環(huán)反應的特點：1、反應進行的動力是加熱或光照；2、反應進行時兩個以上的鍵同時斷裂或形成，即多中心一步反應；3、反應時作用物的變化有突出的立體擇向性；4、反應進行時不受H+、OH-、催化劑、溶劑的極性、自由基引發(fā)劑等的影響；5、反應能量變化圖：二、周環(huán)反應的類型及原理：電環(huán)化反應（ElectrocylicReaction）：環(huán)加成（CycloadditionReaction）：σ

遷移（SigmatrapicRearrangement）：電環(huán)化反應（ElectrocyclicReaction）:在加熱或光照情況下，共軛多烯轉(zhuǎn)變成環(huán)烯烴，或者發(fā)生逆反應，即環(huán)烯烴開裂為共軛多烯的反應，稱為電環(huán)化反應。一、4n體系：(Z、E)—2，4—己二烯順—3，4—二甲基環(huán)丁烯加熱下只和己二烯的ψ2（最高已占軌道）有關(guān)。ψ1

ψ2

ψ3

ψ4

ψ3

ψ2

4n體系光照下，最高占位軌道為ψ3：總結(jié)：4n體系

hν——順旋△——對旋二、4n+2體系：ψ6

ψ5

ψ4

ψ3

ψ2

ψ1

反鍵成鍵激發(fā)態(tài)ψ4為已占軌道基態(tài)ψ3為已占軌道ψ3

ψ4

總結(jié)：4n+2體系

hν——順旋△——對旋練習填寫下列反應的條件：環(huán)加成反應類型——[2+2]、[4+2]、[1，3]偶極加成一、[2+2]環(huán)加成：兩分子乙烯轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)丁烷，兩個π

鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€σ

鍵，成鍵要求兩個軌道重疊時，一個軌道只能容納兩個自旋相反的電子，因此，一個乙烯分子的已占軌道只能與另一個乙烯分子的空軌道重疊。在基態(tài)下，即加熱的條件下，一個乙烯分子的最高已占軌道為成鍵軌道，與另一分子的最低空軌道為π*

反鍵軌道重合。由于位相相反，故對稱性不允許反應，為禁阻反應。激發(fā)態(tài)，即在hν

下，一分子乙烯可以處在激發(fā)態(tài)，即π*

軌道有電子，與另一分子乙烯處于基態(tài)的π*

重疊。由于位相相同，故為對成性允許反應。因此[2+2]環(huán)加成在面對面加成時，熱反應為禁阻反應，光反應則允許。二、[4+2]環(huán)加成：鍵上有吸電子取代基，如：>C=O、—CO2R、—CN

等時很容易和二烯發(fā)生加成。在加熱條件下，丁二烯的最高已占軌道為π2，而乙烯的最低空軌道為π*；乙烯的最高已占軌道為π