高中化学竞赛 【第十七讲 有机合成化学】 河南省太康县第一高级中学----乔纯杰

【竞赛基本要求】 1、有机合成的一般原则。 2、引进各种官能团的方法。 3、有机合成中的基团保护。 4、导向基。 5、碳链增长与缩短的基本反应。 6、有机合成中的选择性。

【知识点击】 一、有机合成的一般原则 1、反应步骤较少，总产率高。一个每步产率为80%的十步合成的全过程产率仅为10.7%，而每步产率为40%的二步合成的全过程产率可达16%。因此要尽可能压缩反应步骤，以免合成周期过长和产率过低。 2、每步的主要产物易于分离提纯。要力求采用只生成一种或主要生成一种的可靠反应，避免生成各种产物的混合物。 3、原料易得价格便宜。通常选择含四个或少于四个碳原子的单官能团化合物以及单取代苯等作为原料。 在实际合成中，若欲合成芳香族化合物时，一般不需要合成芳香环，尽量采用芳香族化合物作为起始物，再引入官能团；若欲合成脂肪族化合物时，关键的步骤是合成碳骨架并同时考虑官能团的引入，引入的官能团可能并非为所需产物中的官能团，但可以通过官能团的转变，形成所需产物中的官能团。

二、有机物的合成方法 （一）芳香族化合物的合成 1、合成苯环上仅连有一个基团的化合物 一般以苯为原料，通过芳香烃的亲电取代反应引入基团，如表 17-1；通过芳香重氮盐的亲核取代反应引入基团，如表17-2；也可以通过活化的芳香卤烃的亲核取代引入基团，如表17-3。 2、合成苯环上仅连有两个基团的化合物 如果所需合成的化合物两个基团相互处于邻位或对位，则其中至少有一个基团属于邻、对位定位基；如果所需合成化合物两个基团相互处于间位，至少有一个基团属于间位定位基。例如： Br NO2 Ar ArH

合成苯环上含有两个基团的化合物时，如果两个两个基团相互处于邻位或对位，而两个基团都不是邻、对位定位基或两个基团相互处于间位，但都不是间位定位基，在这两种情况下，一般不能依靠其中一个基团的定位作用将另一个基团引入所需的位置上，而需要通过中间转化过程来实现。具体办法有： （1）对于亲电取代反应，在合成顺序中，若会形成邻、对位定位基中间体，则进行亲电取代反应，例如由苯合成对硝基苯甲酮。

（2）引入一种基团，这种基团具有一定的定位作用，待第二基团引入后，再除去这种基团，例如由苯合成间二溴苯。 3、当用取代苯作为起始物时，可通过改变起始物取代基转化的先后顺序来决定最终产物分子中基团的相对位置，例如由甲苯合成硝基苯甲酸。 在将两个基团引入到苯环上时，应考虑以下两个问题： （1）在由选择余地时，首先引入最强的致活基团或最弱的致钝基团进入苯环。 （2）要特别注意某些反应条件的要求。

（二）脂肪族化合物的合成 有下述两种合成途径： 显然第一条途径较好，在引入致活基团—C2H5后有利于第二步反应；而第二条途径引入的Br是致钝基团，下一步付–克反应不能进行。 （二）脂肪族化合物的合成 在合成脂肪族化合物时，首先要考虑的问题是如何建立碳架；其次若还有官能团存在，则在建立碳架的同时，还需要考虑官能团的建立。一般是将两个或三个预先形成的碎片按一定的方式连接，使形成的官能团恰好在所需的位置，这一步是整个合成步骤中最关键的一步。 通过亲核加成反应形成碳–碳键和通过亲核取代反应形成碳–碳键的典型反应如下。

1、通过亲核加成反应形成碳–碳键的反应

2、通过亲核取代反应形成碳–碳键的反应

3、形成双官能团化合物的反应 （1）1，1 – 双官能团化合物 （2）1，2 – 双官能团化合物 （3）1，3 – 双官能团化合物

三、有机合成中的基团保护、导向基 （一）基团保护 （4）1，4 – 双官能团化合物 在有机合成中，些不希望起反应的官能团,在反应试剂或反应条件的影响下而产生副反应，这样就不能达到预计的合成目标，因此，必须采取对这些基团进行保护，完成合成后再除去保护基，使其复原。 对保护措施一定要符合下列要求：①只对要保护的基团发生反应，而对其他基团不反应；②反应较容易进行，精制容易；③保护基易脱除，在除去保护基时，不影响其他基团。 下面只简略介绍要保护的基团的方法。

在进行氧化反应或某些在碱性条件进行的反应，往往要对羟基进行保护。如防止羟基受碱的影响，可用成醚反应。防止羟基氧化可用酯化反应。 1、羟基的保护 在进行氧化反应或某些在碱性条件进行的反应，往往要对羟基进行保护。如防止羟基受碱的影响，可用成醚反应。防止羟基氧化可用酯化反应。 2、对氨基的保护 氨基是个很活泼的基团，在进行氧化、烷基化、磺化、硝化、卤化等反应时往往要对氨基进行保护。 （2）对NR2可以加H+ 质子化形成季铵盐，– NH2也可加H+ 成 – NH 而保护。 3、对羰基的保护 （1）乙酰化 – NH2 CH3COCl 或酸酐 –NH2 C－CH3 O 羰基，特别是醛基，在进行氧化反应或遇碱时，往往要进行保护。对羰基的保护一般采用缩醛或缩酮反应。 –CHO + 2ROH – CH(OR)2 H+

羧基在高温或遇碱性试剂时，有时也需要保护，对羧基的保护最常用的是酯化反应。 4、对羧基的保护 羧基在高温或遇碱性试剂时，有时也需要保护，对羧基的保护最常用的是酯化反应。 –COOH + R–OH – COOR H+ 5、对不饱和碳碳键的保护 碳碳重键易被氧化，对它们的保护主要要加成使之达到饱和。

（二）导向基 在有机合成中，往往要“借”某个基团的作用使其达到预定的目的，预定目的达到后，再把借来的基团去掉，恢复本来面貌，这个“借”用基团 我们叫“导向基”。当然这样的基团，要符合易“借”和易去掉的原则，如由苯合成1,3,5 – 三溴苯,在苯的亲电取代反应中，溴是邻、对位取代基，而1,3,5 – 三溴苯互居间位，显然不是由溴的定位效应能引起的。但如苯上有一个强的邻、对位定位基存在，它的定位效应比溴的定位效应强，使溴进入它的邻、对位，这样溴就会呈间位，而苯环上原来并无此类基团，显然要在合成时首先引入，完成任务后，再把它去掉，恰好氨基能完成这样的任务，因为它是一个强的邻、对位定位基，它可如下引入: – H → – NO2 → – NH2 ， 同时氨基也容易去掉： – NH2 → – N2+ → – H

这种方法产率低，因为丙酮两个甲基活性一样，会有副反应发生： 1、致活导向 这种方法产率低，因为丙酮两个甲基活性一样，会有副反应发生： O C6H5 + Br ： O C6H5 Br 碱 但在丙酮的一个甲基上导入一个致活基团，使两个甲基上的氢的活性有显著差别，这可用一个乙酯基（–COOC2H5）导入丙酮的一个甲基上，则这个甲基的氢有较大的活性，使这个碳成为苄基溴进攻的部位，因此，利用乙酰乙酸乙酯而不用丙酮，完成任务后，把乙酯基水解成羧基，利用β– 酮酸易于脱羧的特性将导向基去掉，于是得出合成路线为： C6H5 Br O COOC2H5 C2H5ONa 1）H3O 2）△

2、致钝导向 如只在苯胺环上的氨基的对位引入一个溴，必须将氨基的活性降低，这可通过乙酰化反应来达到，同时乙酰氨基是一个邻、对位定位基，而此情况下对位产物是主要产物： NH2 Br NHCOCH3 Br2 H2O 3、利用封闭特定位置来导向 NH2 NHCOCH3 NO2 （90%） + 微量 （主要）

由于乙酰基此时主要是对位产物，所以仍不能达到目的。如果导向一个磺酸基，先把氨基的对位封闭，再硝化，可以得到满意结果： NH2 NHCOCH3 SO3H NO2 57%H2SO4 煮沸 四、碳链增长与缩短的基本反应 1、碳链增长的反应 烯类：

炔类 卤代烃

环氧乙烷 羰基化合物

丙二酸二乙酯 乙酰乙酸乙酯 有机金属化合物

2、碳链缩短的反应 （1）不饱和化合物的氧化 （5）芳香族化合物氧化 （2）卤仿反应 （3）霍夫曼降解反应 （4）羧酸反应

五、有机合成中的选择性 在有机合成中，还需要考虑选择性，这些选择大致有下列几类。 1、化学选择 分子中的几个基团，有时不需要加以保护和特殊的活化，某一基团本身就有选择性的反应，相同基团当处于分子中的不同部位时，就可能产生反应的差异性，这在有机合成中可以利用，例如可以通过对反应条件的控制来控制反应进行的程序： OH COOCH3 HO CH2COOCH3 KOH，CH3OH，回流三分钟 脂肪族酯易水解 CH2COOCH （84%） （空间位阻小的两个酯基先水解） OH COOCH3 HO CH2COOH3 COOCH 40% NaOH，95℃ 2. H3O+

第三个酯基要在更强烈的条件下，如在NaOH和高沸点溶剂乙二醇中回流才能水解。不同的官能团对同一试剂的反应是不同的，有的能够与之作用，有的却不能，即使能够作用的，也有反应性强弱的差异，表现在反应有快慢和难易的区别，这些差别，在有机合成中也是有用的。例如，烯烃和炔烃虽然都能与卤素加成，但炔烃的反应却远弱于烯烃，以致可以同时含有烯键和炔键的化合物中实现选择加成，如： CH2=CH－CH2－C CH Br2/CCl4，20℃ CH2—CH－CH2C CH Br （90%） 有机锂倾向于1，2—加成。 C6H5 CH CH C C6H5 O 1，4加成 C6H5Li H2O C6H5MgBr (C6H5)2CH CH2 C C6H5 (96%) C6H5CH= CH C(C6H5)2 OH (75%) 1，2加成

苯乙烯和溴化氢加成时，全部生成α–溴乙苯，这是一个方位选择性很强的反应。 2、方位选择性 苯乙烯和溴化氢加成时，全部生成α–溴乙苯，这是一个方位选择性很强的反应。 C6H5CH = CH2 + HBr → C6H5CH—CH3 Br 在双烯合成中，方位选择性也很强。 芳香族化合物二元取代反应，实际上也是一种方位选择性反应。 3、立体化学选择性 当反应产物可能是一种以上的立体异构体时，就有必要设计一种只产生所要的产物的合成法，即必须采用立体有择反应或立体专一反应，所有的立体专一的反应，一定是立体有择反应。而立体有择反应不一定是立体专一性反应。

（1）卤化烃的SN2反应，产生构型翻转产物。 （2）炔烃的加成： 受立体化学控制的反应常见的有以下几类： （1）卤化烃的SN2反应，产生构型翻转产物。 （2）炔烃的加成： R—C C—R’ Na+NH3 R—C C—R’+H2 Pd–CaCO3/Pd 或Ni – B R—C C—R’+Br2 （3）烯烃的氧化 1）OsO4 2）H2O2 KMnO4（稀冷） H OH

（4）卤素与烯烃加成 + Br H Br （5）硼氢化——氧化反应 （6）卤代烷的E2反应 （7）羰基加成

【例题1】设计制备下面物质的合成路线。 OH C(CH3)2 【分析】： 【解析】：

【例题2】设计下面物质的合成路线 【分析】： 【解析】：

【例题3】设计下面物质的合成路线 【分析】： 【解析】：为了使麦克尔加成有足够的活性，醛（或酮）通过形成烯胺使其α-位活性增加，使反应更容易进行，这样就得出了目标分子的合成路线。

CH2=CH—CH2—CH—C—C2H5 CH3 O 【例题4】由C3以下的化合物合成 【分析】： 【解析】：

【例题5】设计 的合成路线。 【分析】： 【解析】：

【例题6】由苯酚合成 【分析】： 【解析】：

【例题7】设计 的合成路线 【分析】： 【解析】：

【例题8】由C2化合物合成叶醇 【分析】：用倒推法分析如下： 【解析】：

【例题9】动物之间的信息传递除了声音、光电信号外，在低等动物中，如昆虫，还能分泌化学物质作为种群个体之间的通讯工具，这就是所谓“化学通讯”。棉铃象（一种象鼻虫）的性引诱剂就是这类化学物质。它是混合物，含有单环萜烯醇E和萜烯醛F和H。人工合成棉铃象性引诱剂是杀灭这种棉花害虫的绿色农药。其合成路线如下： 问题：写出A、B、C、D、E、G、H的结构简式。 【解析】：

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