有机合成路线设计总结

有机合成一、合成的目的和要求所谓有机合成就是从简单易得的原料，通过一步或多步化学反应制备出比较复杂的目标分子的过程。它也包括将复杂的物质变为简单物质的过程。有机合成1.合成的目的通过一定的反应，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。2.合成的要求：合成的步骤越少越好；每步的产率越高越好；原料越便宜越好。①合成目标化合物分子的骨架②引入所需的官能团③目标化合物的立体化学方面的要求化学反应是合成的基础，合成路线本来就是由一些具体的反应，按照一定的逻辑思维组合起来的。合成一个有机化合物要考虑的核心问题不外是三个方面：碳胳的形成和变化●增长碳链或增加支链●碳链的减短●碳环的合成●官能团的引入●官能团的相互转化二、有机合成的基本反应或ZnCl2●增长碳链或增加支链：1.增加一个碳原子的反应①无水乙醚②H2O/H+①R-MgX+HCHORCH2OH①无水乙醚②H2O/H+②R-MgX+CO2RCOOH③R-X+NaCNR-CNRCOOHH2O/H+其中：R-X为脂肪族伯卤代烃HCHOHCl++CH2ClAlCl3或ZnCl2YY④其中：Y为供电子基COHCl++CHOAlCl3⑤CRHOHCNCRHOHCNα-氰醇8应用范围：醛、甲基脂肪酮、C以下环酮CCOOHOHRHα-羟基酸2HOH+⑥2.增加二个碳原子的反应RCH2CH2OHH3O+RMgXCH2CH2ORCH2OMgXCH2+3.增加多个碳原子的反应①R-CCHR-CCNaR-CC-R/其中：R/为伯卤代烃X为Cl、Br、INaNH2R/X③铜锂试剂反应④傅-克反应②武慈反应R-X+R-XR-R其中：R/最好为伯烷基X为Cl、Br、INaR-XR-LiR2CuLiR-R/LiCuIR/X其中：R/最好为伯烷基；R一般无限制X为Cl、Br、I+R-XR（或烯、醇）AlCl3烷基化：R≥3时重排产物为主⑤羟醛缩合CHO+OH-Zn-Hg2CH3(CH2)4CHOCH3(CH2)4CH=C-CHO(CH2)3CH3-OH△自身缩合：交叉缩合：CH3-C-C(CH3)3O△CH=CH-C-C(CH3)3O酰基化：+CH3CH2CH2-C-ClC-CH2CH2CH3（或酸酐）AlCl3OOCH2CH2CH2CH3HCl⑥格氏试剂与羰基化合物反应CRR/OHR/-C-H（R//）O=①RMgX/无水乙醚②H2O/H+H（R//）R/-C-XO=①RMgX/无水乙醚②H2O/H+R/-C-RO=①RMgX/无水乙醚②H2O/H+CRR/OHRR/-C-OR//O=①RMgX/无水乙醚②H2O/H+R/-C-RO=①RMgX/无水乙醚②H2O/H+CRR/OHR其中：R、R/、R//为烷基、芳基X为Cl、Br⑦乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯的反应R-XC2H5ONaCH3-C-CH2-C-OC2H5=O=OCH3-C-CH-C-OC2H5=O=OR②H+,△①稀OH-①浓OH,△-②H+R-CH2C-OH=OCH3-C-CH2-R=O酮式分解酸式分解CH2(COOC2H5)2C2H5ONaCH(COOC2H5)2Na-+R-CH(COOC2H5)2②H+，△①OH/H2O-R-CH2COOHR-X⑧维荻希试剂与醛酮的反应季膦盐-RR/CH(ph)3PR///R//C=O+R///R//C=CRR/R、R/、R//、R///可以为–H、-R、-Ar、-COOR等●碳链的减短①不饱和烃的氧化RCH=CHR/RCOOH+R/COOHKMnO4H+R-C=CH2R-C=O+CO2KMnO4H+R/R/R-CCHRCOOH+CO2KMnO4H+CH2CH2CH3-CH(CH3)2KMnO4H+COOH-COOH②不饱和烃与臭氧作用③卤仿反应R-C=CHR//R-C=O+R//CHO①O3②Zn/H2OR/R/X为Cl、Br、IR-CHCH3CHX3↓+R-COONaX2+NaOH或NaOXOHR-C-CH3CHX3↓+R-COONaX2+NaOH或NaOXO④脱羧反应R-COONa+NaOH（CaO）R-H△R-C-NH2R-NH2OBr2+NaOH或NaOBr+NaOH⑤霍夫曼降解反应●碳环的合成①双烯合成（D-A反应）②二元羧酸脱羧+△X-X其中：X为吸电子基，反应容易进行CH2COOHCH2COOHCH2n（）（）C=OCH2CH2CH2n其中：n=2，3△③卡宾反应C=C+CH2N2C—CCH2hνC=C+CHCl3C—CCClCl(CH3)3COK④荻克曼缩合反应⑤傅克酰基化反应CH2C-OC2H5CH2C-OC2H5OOCH2nC2H5ONa-C2H5OH（）（）C=OCH2CHCOOC2H5CH2n②H+①OH-（）C=OCH2CH2CH2n其中：n=2，3OOO+AlCl3OC=OCHOZn-HgHClOCHOOCCl=O=OAlCl3SOCl2多聚磷酸●官能团的引入1.引入卤素-CH3+Cl2-CH2Cl-CH3Cl-hνFe-CH3-CH2BrNBSCl2③CH3CH2CH=CH2NBS500℃CH3CHCH=CH2CH3CHCH=CH2BrCl①②X2④R-CH=CH2HXR-CH—CH2R-CH-CH3XXHBr过氧化物XR-CH2-CH2Br（符合马氏规则）（违反马氏规则）⑤R-CCHX2HXR-C=CHR-C=CH2XXXR-C—CHR-C—CH3XXXX2HXXXX2.双键或三键的形成①R-CH-CH-R/R-CH=CH-R/+HX②R-CH-CH-R/R-CH=CH-R/+H2ONaOHH2SO4乙醇XHOHH~170℃③R-CH-CH-R/R-CH=C-R/R-CC-R/NaOH乙醇XXNaNH2X④R2C=O+R/CH=P(C6H5)3R2C=CHR/3.引入羟基①R-CH=CH2H2OR-CH-CH3OH①(BH3)2②H2O2/OH-R-CH2CH2OH（符合马氏规则）（反马氏规则）H2SO4②R-C=OR-CH-OHH（R/）H（R/）[H][O][H]=LiAiH4、NaBH4、H2/Ni、Pt、Pd等③R-COOR/R-CH2OH+R/OH[H][H]=LiAiH4、C2H5OH+Na、H2/Ni、Pt、Pd等④R-CH2XRCH2OHH2O/OH-PX3、PX5、SOCl2⑤格氏试剂合成法HCHOR-CH2OH①RMgX/无水乙醚②H2O/H+R①RMgX/无水乙醚②H2O/H+R/-C-R//O=①RMgX/无水乙醚②H2O/H+R/-C-OHRR//R/-CHOR/-CH-OH⑥二元醇的制备C=CC—C稀、冷KMgO4或OsO4OHOH顺式产物R-CH-CH2R-CH-CH2OH2O/H+反式产物OHOH4.引入羰基①HCCH+H2OCH3CHOHgSO4H2SO4R-CCH+H2OR-C-CH3HgSO4H2SO4=O②CH2=CH2+O2CH3CHOPdCl2-CuCl2R-CH=CH2+O2R-C-CH3=OPdCl2-CuCl2③R-CH=CR-CHO+O=C①O3②Zn/H2OR/R/R//R//④R-CH-R/R-C-R/KMnO4=OOH5.醚键的形成①2ROHR-O-R+H2OH2SO4合成对称醚②威廉姆逊合成法R-ONa+R/-XR-O-R/+NaX其中：R=伯、仲、叔烷基R/=伯、仲（不能为叔）烷基③环醚的合成④硫酸二甲酯合成酚醚+(CH3)2SO2-O-CH3-OH~140℃R-CH=CH2+O2R-CH-CH2Ag200~300℃OR-CH=CH2+HOClR-CH-CH2R-CH-CH2OCa(OH)2OHCl6.其它一些反应①C=O-CH2-克莱门森还原法:沃尔夫-黄鸣龙还原法:②炔烃选择加氢合成烯烃R-C-R/R-CH2-R/Zn-HgHClR-C-R/R-CH2-R/H2N-NH2，NaOH二缩乙二醇=O=OR-CC-R/Na+NH3液H2/BaSO4或Pd/C或Lindlar试剂C=CC=CRRR/R/HHHH顺式加成反式加成H2SO4③RCH2CH2-OHR-CH=CH2RCH2CH3H2Ni~170℃O7.芳环上引入-X、-NO2、-NH2、-SO3H、-R、-C-RO-X-NO2-R-C-R-NH2-SO3HX2FeX3或FeH2SO4+HNO3Fe+HClH2SO4·SO3或浓H2SO4R-XAlCl3R-C-XAlCl3O●官能团的相互转化R-COClR-CONH2R-COOR/(RCO)2OR-COOHNH3R/OHNH3R/OH2.羧酸及其衍生物的转换1.卤素、羟基、氨（胺）、羰基、羧基的转换R-OHR-C-R-COOHR-MgXR-XR-NR2R-NH2R-NHRR-COOHR-CNR-CH2NH2[H][O][O]NaCNH3O+R-XR-NH2NH3PX3H2O/OH-Mg①CO2②H3O+O=在有机合成中，往往要考虑到某些官能团也会受到反应试剂或条件的影响而产生副反应，甚至影响整个合成过程。因此在合成时必须采取对某些受影响的基团暂时转换为另外的稳定的结构，而进行保护措施，待反应完毕再使基团复原。在选择保护基时要符合下列要求:①在温和条件下易与被保护基团反应。②保护基必须在保护阶段的各种条件下是稳定的。③保护基易于在温和条件下除去。三、官能团的保护R=伯、仲、叔烃基四氢吡喃醚：对碱、格氏试剂、烷基锂、催化加氢及一些氧化剂稳定。但对酸不稳定。②转变成醚醚：对格氏试剂、还原剂、氧化剂、碱稳定。1.醇羟基的保护①四氢吡喃醚ROH+H+OOR-O-四氢吡喃醚H2O/H+ROH+HO(CH2)4CHOROHR-O-CPh3Ph3CClCH3COOH/H2O2.酚羟基的保护苯甲醚：对碱、氧化剂、还原剂等稳定，但对酸不稳定。OHOCH3CH3I或(CH3)2SO4HI，△3.醛、酮、羰基的保护缩醛（酮）：对还原剂、氧化剂、碱、格氏试剂稳定，但对酸不稳定。R-C-R/O=CRR/OOHOCH2CH2OH/干HClH2O/H+R-C-HO=CRHOCH3OCH3CH3OHH2O/H+4.羧基的保护R-COOHR-COOCH3CH3OH/H+H2O/H+或OH-5.氨基的保护NH2NH3·SO4H+-H2SO4NaOH间位基CH3COCl或(CH3CO)2ONHCOCH3NH2邻对位基H2O/H+或OH-6.双键的保护卤代烃：对碱、氧化剂、还原剂稳定R-CH=CH-R/R-CH—CH-R/XXX2Zn当我们为一个目标化合物设计了几条可能的合成路线时，可以根据几条原则来评估各条路线的优劣，从而选择最佳路线。1.有机合成路线的选择原则:7.芳环位置的保护H2O/H+H2SO4SO3H四、选择合成路线的步骤和方法选择路线原则结构上要求碳架的形成官能团的引入经济上要求①原料易得，便宜②产物易分离，收率高，副③步骤要求简单④反应经典，可发生，条件温和，对环境污染小反应少反应步骤少，收率要高是选择合成路线的重要因素。如化学反应：AABABCABCDBCD假如反应每步产率90%，则3步后总产率为(0.9)3×100=73%假如反应每步产率70%，则3步后总产率为(0.7)3×100=34%平衡法：AABABCBCDDEDEFEFABCDEF90%90%90%90%90%其中只有3步连续，总产率为（0.9)3×100=73%AABABCABCDABCDEABCDEFBCDEF如用5步反应，每步产率90%，直线法：则5步后总产率为（0.9)5×100=59%原料易得是指合成要用些基本的原料。常用“三烯一炔”（乙、丙、丁烯及乙炔），“三苯一萘”（苯、甲苯、二甲苯及萘）及小于C4原子的醇类和甲醛、乙醛、草酸、卤苯、环己烷、丙二酸二乙酯等。实验方法切实可行，包括实验室方法或工业方法，因为并非所有的反应都有合成意义。另外，尽量使用经典的反应，若不平常的反应过多，失败的机会也会多，且关键的反应越早出现越好，即决定整个合成成败的反应应尽早出现。如果关键反应在整个合成路线的