有机合成论文

有机合成常用方法及解题思路的研究

摘要：有机合成的方法是有机合成化学发展的基础,有机合成方法的产生和发展可为有机合成开拓研究领域和发展方向。现代有机合成不只是合成什么的问题,更重要的是如何合成和怎样合成的问题。有机合成与21 世纪的三大发展学科——材料科学、生命科学和信息科学有着密切的联系,为三大学科的发展提供理论、技术和材料的支持。新世纪有机合成将进一步在这三大学科领域中发挥作用并开辟新的领域。随着生命科学和材料科学的发展,尤其进入后基因组时代后,需要有机合成快速提供各种具有特定生理和材料功能的有机分子,而要获得有新结构的功能类型分子往往取决于新的合成方法，本文中通过大量的范例及实验，讲述有机合成方法的重要作用及相关解题思路。

关键词：有机合成方法解题思路

- I

Abstract：Organic synthesis is an organic basis for the development of synthetic chemistry, organic synthesis of the birth and development of organic synthesis for the developing field of research and development. Modern synthetic organic synthesis is not only what the problems and, more importantly, how the synthesis and the question of how synthesis. Organic synthesis and the development of the 21st century, the three major disciplines——materials science, life science and information science are closely linked, for the three disciplines the development of theory, technology and materials support. the new century will be further in the organic synthesis of these three areas play a role and open up new areas. With the life sciences and materials science development, especially into the post-genome era, the need to organic synthesis to rapidly deliver a variety of materials with specific physical and functional organic molecules, and to gain a new function of the structure of molecules often depends on the type of new synthetic methods, in this article and an example of a large number of experiments on the organic synthesis of the important role of and related problem-solving ideas.

Keywords:organic synthesis of problem-solving ideas

有机合成常用方法及解题思路的研究

目录

摘要....................................................................................I Abstract ...........................................................................II 1概述 (1)

1.1有机合成含义…………………………………………………………错误！未定义书签。

1.2有机合成的重要性 (1)

2有机合成路线设计的一般方法和要求 (2)

2.1逆合成法 (2)

2.2合成路线设计的一般要求 (2)

3 常见的有机化合物的合成路线的设计 (3)

3.1常见的含单官能团化合物的合成路线 (3)

3.1.1简单醇的切断 (3)

3.1.2烯烃的合成 (3)

3.1.3芳香酮的合成 (4)

3.1.4简单醛酮和羧酸的合成 (5)

3.2常见的二官能团化合物的合成 (7)

3.2.1 β-羟基醛酮和α，β-不饱和醛酮的合成 (7)

3.2.2 二羰基化合物的合成 (8)

3.2.3 α-羟基羰基化合物的合成 (8)

3.3 含杂原子和芳香族化合物的合成 (10)

3.3.1胺的合成 (10)

3.3.2 芳香族化合物的合成 (10)

4 结语 (11)

5 致谢 (12)

6 参考文献 (13)

有机合成常用方法及解题思路的研究

1

1概述

有机合成在当代社会发展得非常快，有机合成的目的主要是合成自然界已经有的但数量很少的物质或者合成自然界没有的物质。20世纪70年代以后，有机合成的新领域迅速发展，如一些有一定立体构象的天然复杂分子的合成，一些新的理论和方法如反应机理、构象分析、光化学,各种物理方法分析手段的应用等方面的进展，尤其是分子轨道对称守恒原理的提出，对有机合成化学起着极大的推动作用。

1.1 有机合成含义

有机合成(organic synthesis)是使原理按一定次序进行一系列化学反应，得到具有指定结构的有机化合物的过程。亦即，人们按照不同的需要，根据有机分子的结构，利用价廉易得的原料进行一系列的化学反应，得到所需有机化合物的工作，称为有机合成。

欲待合成的分子称为目标分子(Target Molecular, TM).每一个独立的化学反应称为一个单元反应(Unit Reaction)[1]。按一定次序进行的一系列单元反应，就构成了所谓的合成路线(Synthetic Route)。

1.2 有机合成的重要性

有机合成的重要性首先体现在它是有机化学的重要组成部分，有机化学工作者常常需要合成预期有重大意义的目标化合物，从而研究其性质与结构的关系，或用于研究反应机理，证实新的理论。可见，没有有机合成，结构和性能的研究就难以深入。

再者有机合成是了解自然、探索自然和改造自然的武器之一。有机化学工作者通过合成从自然界不断发现的新的有机化合物，以达到了解自然、探索自然之目的[2]。同时，改进某些天然产物的结构，以寻找比天然产物性能更好的化合物，实现改造自然的目的。

最后有机合成对于国计民生都是不可缺少的。有机合成工业可分为基本有机合成工业和精细有机合成工业两大类。这两类工业在国民经济中都是不可缺少的，没有精细有机合成工业，就没有丰富多彩、满足人

民生活需要的各种产品。没有基本有机合成工业，精细有机合成工业也就“巧妇难为无米之炊”了。

2 有机合成路线设计的一般方法和要求

进行有机合成的第一步也是最关键的就是进行有机合成路线的设计，有机合成路线的设计的方法有很多，现在最常见的一种方法是利用逆推的思维方式进行合成路线的设计。也称“逆合成法”

2.1 逆合成法

逆合成法首先是由科里(E.J.Corey,美国哈佛大学)在1964年创立的(J.A.C.S,1964,84,478),随后引起有机化学家的极大兴趣和重视，并正在继续丰富和发展中[3]。

所谓逆合成法就是从需要合成的目标分子出发，由后往前推，推导出目标分子的前体(Precursers),并同样地找出前体的前体，如此继续直至到达较简单的起始原料(或所给的原料)为止[4]。这就是说，逆合成法是采取“以退为进”的手段来实验合成的目标。

逆合成法是大多数有机合成工作者所使用的方法[5]。究其原因，是因为在大多数情况下，他们所知道的仅仅是目标分子的结构，除了由产物回推到原料外没有其它更好的方法可采用。

2.2 合成路线设计的一般要求

如何选择合成路线是个非常复杂的问题，它与原料的来源、产率的高低、成本的贵贱都有关系，而且还受生产条件、产品用途和纯度要求等因素的制约，往往必须根据具体情况、具体场合和具体条件作出合理的选择[6]。有机合成路线设计所考虑的一般原则主要有如下三点[7]：（1）采用尽可能有效(产率高)的反应和方便的步骤。尽可能地避免和控制副反应的发生。

（2）总收率要高：

①要求每个单元反应的收率高(无异构体生成)；

②单元反应要尽可能少。

（3）原料是价廉易得的。

3 常见的有机化合物的合成路线的设计

有机合成是一项非常复杂的工作，本课题就介绍一下常见的含单官能团、二官能团及含简单杂原子化合物的合成路线的设计方法，首先来介绍常见的含单官能团化合物的合成路线。

3.1 常见的含单官能团化合物的合成路线

含单官能团的化合物有很多，本文有选择性地对常见的重要的单官能团的化合物的合成方法进行论述。 3.1.1 简单醇的切断

对于简单醇的合成，我们首先进行合理的切断，得到合理的合成子。亦即是逆推法的应用。例如下例的合成是通过切断α，β键(通过异裂

的方式)，得到两个合成子[8]：C R'R

Y

OH

C

R'R

OH

+

+Y

-

对分子进行合理推断是逆推合成法的最基本的手段，通常将分子切断成正、负离子两部分。正离子部分的合成等效剂为醛酮，负离子部分的情况有下列三种：

①Y - 为良好的负离子，如-CN 、R-C ≡C - 等；

②Y - 为R -， 较通常的情况下，R - 的合成等效剂是RMgX 和Rli ；

③Y - 为H -，其合成等效剂是NaBH 4或LiAlH 4。亦即用NaBH 4或LiAlH 4

还原羰基化合物。

C CH 3

H 3C

CN

OH

TM5的合成是利用这种切断的一个最简单的例子。、

[分析]

C CH 3

H 3C CN

OH

C H 3C CH 3

O +

CN

-

[合成]

C

H 3C

CH 3

O

H C CH 3

H 3C

CN

OH

3.1.2 烯烃的合成

烯烃的合成方法常见的有以下几种方法。

3.1.2.1 烯烃脱水

烯烃通常在酸性条件下由醇脱水而得[9]。。 例如：合成

[分析]

Ph

OH

Ph

O

+ P hMg Br

a

b

Ph OH

b 为无用的切断，因此是不合理的。 [合成]

3.1.2.2 卤代烃脱卤化氢

在战略上，此法与醇脱水基本相同，因为烷基卤通常是由醇制备的。

3.1.2.3 借助Wittg 反应合成烯烃

例如

+H 3C

H 3C

CH 2CH 2Ph

PH 3P-CH 2CH 2PhBr

+-PH 3P-CHCH 2Ph

+-PhCH 2CH 2Br Ph 3

3.1.3 芳香酮的合成

芳香酮的合成主要通过Friedel-Crafts 酰基化反应[10]。

对该合成路线有以下几点说明：

（1）如果X 为硝基、氰基、酰基、酯基、磺酸基，则无反应 （2）该反应可用于制备芳环上具有烷基侧链的化合物，并可由此生成的酮，再经Clemensen 还原反应或Kishner-Wolff-Huang Minglong 还原反应制得。

20

OH Ph

O

34

TM (2)3+

Ph

X

RCOCl

X

Cl

O

3

O Cl

2233

AlCl 3

Br

Br

O

Br

例如：

3.1.4 简单醛酮和羧酸的合成

醛、酮、羧酸的合成方法很多，本文只对一些常见的合成方法进行论述[11]。 3.1.4.1 醛的合成

（1）通过斯梯芬还原(Stephens ’ Reduction)

（2）Rosenmund 酰氯类还原法或用LiAlH(OBu-t)3 还原酰氯 （3）使用CrO 3/Ac 2O 氧化

此反应只适用于芳醛，而且必须有甲基连于芳环上。

3.1.

4.2 酮的合成

（1）由仲醇氧化

（2）有机镉试剂与酰氯反应

（3）Friedel-Crafts 酰基化反应(芳香酮的合成) 如制备

[分析] 芳环上的两个基团皆是间位定位基。我们得先进行FGI 。由于芳香酮一般是通过Friedel-Crafts 酰基化反应得到，故对-CHO 进行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

2CH(OAc)2

O 2H 2O CHO

O 2RCN

1.SnCl 2,HCl,Et 2O

2.H

2O

RCHO H O

H O

FGI

H 3C

O

H 3C

+

Cl O

3C

O

H 3C AlCl 3

322.H 2O

TM36H

O

（3）Grignard 试剂与二氧化碳反应

如合成

其中路线a 的仲卤代烃在CN 作用下易发生消除反应，不理想。路线c 和b 是可行的，而且都可返回到同样的起始原料。

3.2 常见的二官能团化合物的合成

常见的二官能团化合物通常是指含有羟基，不饱和键的醛酮以及二羰基化合物，现对它们的合成路线进行论述。 3.2.1 β- 羟基醛酮和α，β-不饱和醛酮的合成

β- 羟基醛酮可借助于醇醛缩合反应(Aldol Condensation )来制备。醇醛缩合反应的产物失去一分子水，得到α，β-不饱和醛酮。 有关醇醛缩合反应的几点说明：

（1）反应可被酸催化，也可被碱催化。有利于生成α，β-不饱和醛酮的因素：提高碱的浓度、利用酸性催化剂和在I 2存在下加热。如果缩合产物为苄醇衍生物，则极易脱水生成α，β-不饱和醛酮。

（2）缩合方式有： ①醛酮的自身缩合；

②混合醇醛缩合：其中两分子含有α

-H 的醛酮缩合，得四种产物，在合成上无意义；而一分子含有α-H 的醛酮与另一分子不含α-H 的醛酮之间的缩合是我们经常应用的一种方法；

③分子内醇醛缩合反应是合成环状化合物的重要方法。 （3）含α-H 的硝基化合物也可以与醛酮发生醇醛缩合反应，这是

H O

2

+

NH 2CHO

CHO

CN

Br OH

H

O +Br CH 2OH

+ HCHO

Br

OH O H Br

+COCl CO 2H

Br

+ CO 2+Br

O H OH

a

b

c

制备β-硝基醇、β-氨基醇的一种方法。

例如：

安息香缩合实际上是由芳醛合成α-羟基酮的反应，如下例中，

由(1)转化为(3)的过程。羰基碳是带正电的，本不与另一羰基碳作用，但经转换成(2)后，此原子带负电荷，并可与ArCHO 作用。由(1)到(2)的过程就是极性转化的过程.

3.2.2 二羰基化合物的合成

由于两个羰基的位置不同，二羰基化合物分为1,3-，1,4-，1,5-，1,6-等多种类型的二羰基化合物，本文只介绍1,3-，1,5-两种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 缩合反应是制备1，3 - 二羰基化合物的重要反应。 Claisen 缩合反应是在碱催化下以酯为酰化剂酰化含活泼氢化合物的反应。反应的结果是活泼氢原子被酯的酰基置换。

碱性试剂常用的是NaOEt 、NaH 与NaCPh 3

NaOEt 、NaH 与NaCPh 3三者的区别：NaOEt 使含有两个α-氢的酯缩合，应用最广。NaH 与NaCPh 3 不但能使所有的被NaOEt 催化下缩合的酯缩合，还能使只有一个α-氢的酯缩合。

例如.

含活泼氢的化合物是酯、酮、腈等。

缩合反应通常有以下几种类型，根据合成目标的不同进行合理的选择：

（1）相同酯间的缩合

CO 2Et

Ph 3CNa

CO 2Et

2

C Ar

OH

C

O Ar

ArCHO

(3)

ArCHO

Ar

C O H

_

Ar

C OH -(1)

(2)

ArCHO

- CN -C Ar

OH Ar

O -C Ar

O Ar

OH -C Ar O

CH Ar

OH

（2）分子内的Claisen 酯缩合反应----Dieckmann 缩合 （3）交叉Claisen 缩合反应 （4）酯与醛酮间的缩合 （5）酯与腈的缩合

3.2.2.2 1,5-二羰基化合物的合成

迈克尔加成反应(Michael Addition)是合成1,5-二羰基化合物的重要反应。所谓Michael 加成反应指的是活泼亚甲基化合物在碱性催化剂存在下，对α、β- 不饱和醛、酮、羧酸酯、腈、硝基化合物、磺酸酯的共轭加成(1，4 –加成)。其通式为

[12]

：

3.2.3 α-羟基羰基化合物(包括α-羟基酸和α-羟基酮)的合成 3.2.3.1 α-羟基酸的合成

α-羟基酸的合成可以按如下方法进行切断并进一步合成

3.2.3.2 α-羟基酮的合成

我们可以从如下两个反应得到启示： 试设计

的合成路线。 [分析]

[合成] 我们需要由丙酮和乙炔制得对称的双加成物。

在酸性介质中，叔醇自动地形成目标分子，下面这个反应是特殊场合的α-羟基酮的合成。

CH Z

+C C

Z base

C Z C

'

C

(1)

(2)

OH CO 2H

OH CN

O + HCN

O

OH

O

O

FGI

OH OH

2

O CH

HC

+H 2SO 4Hg 2+

OH

OH

CH HC

TM75O O

此反应称为苯偶姻缩合(安息香缩合)。

酮醇缩合(Acyloin Condensation)也可用于α-羟基酮的合成[13]。

例如： 的合成路线：

3.3 含杂原子和芳香族化合物的合成

含杂原子的化合物有很多，本文针对胺的合成进行论述。

3.3.1 胺的合成

胺的合成方法有多种，归纳如下：

（1）Hofmann 反应：Hofmann 反应指的是氨或胺的烃基化(用RX ，其中R 为脂肪族或环上有吸电子的芳基)。

由于烃基供电子效应，产物的亲核性比原料强，要避免多烃基化将是不可能的。因而，这种方法并不好。

（2）伯胺的一些特殊制备方法

主要有Gabriel 合成法和 Hofmann 降级反应 Gabriel 合成法[14]：

Hofmann 降级反应：

（3）还原反应: 还原硝基化合物、腈、肟和酰胺可得到相应的胺。

NH 3RNH 2

RX RX

R 2NH

RX

R 3NH

RX

R 4NX

+_

NO 2

Cl

2

2

NO 2NHCH 3

2

NH O O

K 2CO 3N O

R KOH aq.RNH 2RCONH 2

2RNH 2

2PhCHO

CN

-O

OH

Ph

Ph Ph Ph

O

Ph

Ph

Ph

Ph

O Ph

Ph

3.3.2 芳香族化合物的合成

重氮盐在芳香族化合物合成中的具有十分重要的应用，此类方法在基础有机化学中已有详细的讨论[15]，在此仅举一例来说明。

例如：由甲苯合成4 –甲基-2-溴苯酚。

[分析]

[

合成] 实际过程中，胺被保护成酰胺，以降低其活性。

OH

Br

H3C

N2

Br

H3C

+

NH2

Br

H3C

NH2

H3C

NO2

H3C H

3

C

NH2

Br

3

C

NH2

H3C

NO2

H3C

H3C HNO3

H2SO4

Sn Ac

2

O

H3C 1.Br/HOAc

2

1.NaNO2/H2SO4

2.H2O,heat

OH

Br

H3C

6 参考文献

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