南开大学有机合成设计的基础知识.ppt

有机合成设计第二章 有机合成设计的基础知识 要既能扎扎实实地掌握有机合成的技术，又能机动灵活地领会有机合成的策略，首先要全面了解有关有机合成及路线设计的基础知识。 基本知识包括：有机合成的要点、有机合成路线设计的基本方法，有机合成反应的选择性，碳链的官能团化与官能团的转化以及合成子的理论等。 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 以周期表为依据　　　 以羰基化合物为中心　 键结（bonding）的方式和键的极性　　　 对等性（Equivalent）　　 氧化态 反应的种类 　　 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 以周期表为依据　　　 虽然古老的说法认为有机化学只是Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ和卤素的化学，但现代有机合成化学已经扩充到周期表中各种元素，进行各种类型的反应。 如硼、硅、磷、硫、砷等元素参与的为中心的元素有机化学； 卤代烷中的氟代物，无论是单氟代，还是多氟代都有特殊的性质，就形成了有机氟化学。 有机金属化学（尤其是过渡金属的有机分子络合物）的兴起，不仅在有机化学和有机合成化学方面做出了很大的贡献，而且在无机与有机之间构筑了一座广宽的桥梁。 就涉及元素的种类来说，有机化学和无机化学已逐步接近。 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 以羰基化合物为中心: 在众多有机基团中，羰基是一种很活泼的基团。很多有机反应都涉及这种基团。 如：醛、酮分子之间的羟醛缩合反应，醛被氧化成羧酸衍生物的反应，醛、酮还原成醇的反应，醛、酮转化为含氮化合物的反应等。 此类反应在有机合成中居于枢纽地位。　 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 键结（bonding）的方式和键的极性　 基本的键结（也可叫键联）方式有两类：碳与碳相结和碳与非碳原子相结（即与官能团相结）。 有机合成化学中的最根本课题：碳骨架的建立和碳与官能团的结合。 有机合成中考虑键结时，应以逻辑式逆推的方法：将键结拆开（disconnection of bonding）形成两个极性部分，再在合成设计时将这两个极性部分作为两个反应物经合成反应发生键结。 例如，要合成Ｃ－Ｎ的键结，就可考虑键结的极性是δ＋C－Ｎδ－（或是 Ｃ＋与Ｎ－）。前者可以是常见的卤代烷，而后者可以是常见的胺类。卤代烷与胺作用形成 Ｃ－Ｎ 键结。 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 对等性（Equivalent） 这是有机合成化学中常用的专用术语 　 　氰醇类的碳负离子与碘甲烷作用后，水解得甲基酮类　　 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 合成子是指可用于有机反应中的合成单位。(对等性) 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 氧化态 氧化态的问题不仅在无机化学中很重要，在有机化学中同样很重要。这涉及有机反应中非常重要的氧化还原反应。一般说，在有机化学反应中一个分子中某原子的绝对的氧化态并不特别重要，但作用过程中氧化态的变化，即相对的氧化态是很重要的。 碳原子在各种不同的状态下，氧化态是不同的，是变化的。这是有机反应本质的问题。甲烷、乙烷、乙烯、乙炔中碳的氧化态是不同的。它们可用还原（氢化）联系起来。　　 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 氧化态 含氧有机物中醇、醛、羧酸及其衍生物、碳酸及其衍生物中碳的氧化态也不相同。元素有机化合物的氧化态的不同更为明显。 氮的氧化态 硫的氧化态 磷的氧化态 硅的氧化态 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 反应的种类: （i） 骨架和官能团都无变化 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 反应的种类: （ii） 骨架不变，仅官能团变 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 反应的种类: （iii） 骨架变化和官能团不变化 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 反应的种类: （iv） 骨架和官能团都变化 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 反应的种类: （iv） 骨架和官能团都变化 分子内消除 有机合成设计 ２.1　有机合成的要点 反应的种类: （iv） 骨架和官能团都变化 蓖麻酸的热裂解（由大变小） 格氏反应(Grignard Reaction) 有机合成设计 2.2 有机合成路线设计的基本方法 要做好有机合成路线设计，除了对有机合成技术要熟练掌握以外，很重要的是要有科学的思维方法，即要有逻辑思维。这方面也有一些固定的原则和成熟的方法。 有机合成设计 2.2 有机合成路线设计的基本方法 2.2.1 合成路线设计的原则与基本方法 （1）逆合成法（Retrosynthesis） 逆合成法是有机合成路线设计的最简单，最基本的方法。其他一些更复杂的设计方法都是建立在此方法的基础上的，