有机合成第1章-绪论(基础知识).

有机合成大学生的困惑——知识无用？满意感目标1234动力状态溺水状态跳楼状态空虚状态毕业生的出路在于明确目标只有实践才能承载理想有趣的计算如果令A、B、C、D……X、Y、Z这26个英文字母，分别等于百分之1、2、3、4……24、25、26这26个数值，那么我们就能得出如下有趣的结论work（工作）W+O+R+K=23+15+18+11=67%Knowledge（知识）K+N+O+W+L+E+D+G+E=11+14+15+23+12+5+4+7+5=96%Love（爱情）Luck（好运）L+O+V+E=12+5+22+5=54%L+U+C+K=12+21+3+11=47%M+O+N+E+Y=13+15+14+5+25=72%NO是Money（金钱）吗？ItsAttitude（心态）A+T+T+I+T+U+D+E=1+20+20+9+20+21+4+5=100%态度决定一切成为最优秀的那个你！有机合成课程内容绪论及有机化学基础知识有机合成化学的作用；有机合成原理（有机合成反应，反应热力学问题，反应动力学问题，热力学控制和动力学控制，反应的选择性）；高等有机合成的内容;有机分子骨架的形成（碳碳键的形成，碳杂键的形成，环的形成与开裂）；官能团的导入、除去、互换及保护；逆合成分析法与有机合成设计；近代有机合成技术和方法（有机电化学合成，有机光化学，微波辐射有机合成，声化学合成固相有机合成，无溶剂有机合成等）；生物化学合成及绿色合成；有机合成实验技术。化学文献查阅参考书嵇耀武著《有机合成路线设计技巧》科学出版社1984徐家业编著《高等有机合成》，化学工业出版社，2005年。巨勇等编著，《有机合成化学与路线设计》，清华大学出版社，2002。冯品珍编著，《高等有机合成》，中科院研究生教材。《现代有机合成化学——选择性有机合成反应和复杂有机分子合成设计》，吴毓林，姚祝军编著，科学出版社，2001。吴毓林等编著，《现代有机合成化学进展》，化学工业出版社，2005。嵇耀武著《路线设计——有机合成的关键》吉林大学出版社1989（英）S.特纳著罗宜德译《有机合成设计》化学工业出版社（英）斯图尔特沃伦著丁新腾译《有机合成切断法探讨》上海科学技术出版社1986（美）M.P.舍维著余梦杰译《有机合成路线推导》人民教育出版社（德）J.富尔赫朴G.彭茨林合著韩长日杜建新宗小平译《有机合成概念方法原料》化学工业出版社1990（英）S.Warren著《DesigningOrganicSynthesis:TheSynthonApproach》Wikey1978丁新腾林子森译《有机合成设计（合成子法的习题解答式教程）》上海科学技术文献出版社1981（美）LászlóKürti,BarbareCzakó著，陈耀全，吴毓林导读，《有机合成中命名反应的战略性应用，StrategicApplicationsofNamedReactionsinOrganicSynthesis》科学出版社20071.平时成绩a.作业b.出勤c.课堂讨论、问答2.期末笔试《有机合成》成绩评定第一章绪论一、有机合成的意义：人类最基本的需求：生存（食品-农药）人类最高级的渴望：长寿（疾病-医药）有机合成是一门艺术。分子-建筑。有机合成作用证明化合物的结构。为理论研究提供具有特定结构的化合物，用以验证理论。1.为纯理论研究服务。包括理论研究和新反应的研究。2.为寻找具有特殊性能的化合物而做的开拓性的研究工作所进行的合成工作。为人类社会提供具有各种性能的功能化合物，并建立有效的生产方法。巨大复杂的天然化合物的人工合成，吸引人类认识自然、学习自然和向自然挑战。PdCl2C2H41/2O2H2OCH3CHOPd02HCl2CuClPd0PdCl22CuCl22CuCl2HCl2CuCl2H2OC2H41/2O2CH3CHO基本有机合成工业（HeavyOrganicSynthesisIndustry）利用化学方法将廉价易得的天然资源（如煤、石油、天然气、农副产品等）及其初步加工品和副产品（如电石、煤焦油等）加工为最基本的有机原料（如三烯、三苯B.T.X.、一炔、一萘），然后再合成为重要的有机原料（如乙醇、甲醛、乙酸、丙酮等）。WackerProcess韦克法特点：a.生产规模比较大；b.投资比较大；c.反应步骤较少；d.产品用途比较广。+H2OH3PO4/硅藻土CH2CH2285-305oC,21atmCH3CH2OH+O2V2O5/SiO2300oC,21atmOOO玉米芯H2SO4加热OCHO精细有机工业合成（FineOrganicSynthesisIndustry）利用重有机合成工业的产品进一步合成具有特殊性能而且直接用到实际中的产品。如医药、农药、染料、涂料、香料、食品添加剂、合成洗涤剂、石油添加剂、感光材料、化妆品、粘合剂、浮选剂、饲料添加剂、催化剂、汽车用化学品、增塑剂、炸药等等。a.经济规模比较小；b.投资比较少；c.产品量较小；d.品种繁多；e.产品利润较高；f.反应步骤多；g.技术要求高；h.产品质量要求高。精细有机工业合成特点H.Koble，他于1845年实现了从元素单质合成乙酸，并第一次用到“合成”这个词来描述从其他物质制取化合物的过程。二、有机合成进展有机合成的另一个里程碑是1856年W.H.Perkin的苯胺紫合成，这是第一个合成染料，被视为第一个工业精细有机合成。×19世纪最重要的全合成是E.Fischer完成的（＋）－葡萄糖合成。(+)-葡萄糖E.Fischer获1902年诺贝尔化学奖。Robinson在1917年通过仿生途径，从丁二醛，甲胺和丙酮二羧酸出发，仅用一步合成了托品酮。Robinson获1947年诺贝尔化学奖。有机合成进入R.B.Woodward时代。奎宁的结构R.B.Woodward获1965年诺贝尔化学奖。J.C.Sheehan领导的小组在二战结束后的1957年才最终完成青霉素V的全合成。有机合成进入E.J.Corey时代一是系统建立了逆合成分析方法;二是在全合成中设计、发展新的合成试剂与方法。岩沙海葵毒素Kishi教授于1989年完成了岩沙海葵毒素（Palytixin）羧酸的全合成，是天然产物合成的一个里程碑。TaxolBrevetoxinB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。①合成目标化合物分子的骨架②引入所需的官能团③解决好目标化合物的立体化学方面的要求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●官能团的相互转化三、有机合成的基础知识1、碳原子成键(杂化）理论Lewis电子结构式电子可以配对成键（共价键），使原子能够形成一种稳定的惰性气体的电子构型八隅体(Octet)。(价电子层达到8个电子的稳定结构)原子轨道及电子构型电子在核外空间出现概率最大的区域叫原子轨道（轨道）电子云的形状可以表达为轨道形状S轨道P轨道1、碳原子成键(杂化）理论共价键的类型：σ键：电子云沿着键轴(两核间连线)方向以“头碰头”的方式重叠而形成的共价键。–例如：HCl；Cl2；H2HClCl2H2π键：电子云沿着键轴的方向以“肩并肩”地方式重叠而形成的共价键。例如：N2，1S22S22P3→+原子的结构举例:+725+624+8261S22S22P21S22S22P41S22S22P3CNO1S22S22P21S22S22P31S22S22P42s2px2py2pz2s2px2py2pz跃迁原子轨道重组4个sp3轨道C:1s22s22p2碳原子的几种轨道杂化1）sp3杂化109.5o四面体型1434CHHHHHCHHH杂化轨道组成：S，P杂化轨道形状。空间分布。代表物：烷烃碳原子2）sp2杂化2s2px2py2pz2s2px2py2pz跃迁原子轨道重组3个sp2轨道2pz120o平面型1323CHHHCH++4Hσ键π键杂化轨道组成：S,P杂化轨道形状空间分布代表物：乙烯3）sp杂化2s2px2py2pz2s2px2py2pz跃迁原子轨道重组sp2py2pz180o直线型杂化轨道组成：S，P杂化轨道形状。空间分布。代表物：乙炔。1212+2HCHHCσ键π键+中间体的杂化：注意：当碳负离子其它基团发生共轭时，其碳原子为sp2杂化，为平面构型卡宾（Carbene）六电子中心化合物􀂾二价的碳化物􀂾有机反应活性中间体：寿命很短、不能分离、能够“捕获”􀂾缺电子物种，有亲电性卡宾的结构单线态：碳采用sp2杂化二氯卡宾(基态)三线态：碳采用sp杂化亚甲基卡宾(基态)常见化合物的杂化：sp2HHHHOHHROHsp3羰基化合物：醇：酚：平面结构：HHNSP2~SP3之间羧酸类化合物胺类化合物：硝基化合物：重氮化合物：HCN2、共振结构式错误理解：混合物互变异构书写原则：核不动：所有原子的相对位置都保持不变，只有电子移动数不变：未成对电子数相同（电子排列有差别）1,3-丁二烯不正确的共振式书写共振式的方法：1.写出一个你所熟知的共振极限式2.在已写出的结构式骨架基础上将电子成对移动电子转移规则p电子向正电荷转移烯丙基碳正离子电子沿着p键转移1,3-丁二烯未成对电子转移成双键碳酸根单电子转移形成p键烯丙基自由基不是所有的共振式都是等价的拥有最多八电子结构的共振式是最重要的拥有较少相反电荷分离的结构要比拥有较多电荷分离的结构重要。电荷应该优先处于和其电负性一致的原子上H3CCOCH3H3CCOCH3H3CCOCH3最稳定较稳定不稳定，贡献小CHCH2CH3H2CCHCH2CH3H2CCHCH2CH3H2C最稳定，贡献大较稳定，贡献较大不稳定，贡献小注意：共振式与互变异构体的区别3、路易斯结构式1.用单键将结构所有成键原子连接起来（也就是共享电子对）2.如果有多余的价电子，将它们以孤对电子的形式使尽可能多的原子满足八隅体结构。3.如仍有原子不满足八隅体结构，将尽可能多的孤对电子变为共享电子对直到全部满足八隅体。书写路易斯结构的简单、有效方法：形式电荷（FormalCharge）:..HOOON::....+–..•ALewisstructureisnotcompleteunlessformalcharges(ifany)areshown.CH2N2叠氮化合物臭氧硝基甲烷亚硝酰正离子NO+一氧化碳思考题：写出下列化合物的路易斯结构式1,3-DipolarCompounds不符合八隅体的例子只有第二周期元素并且有足够的价电子时才严格遵守八隅体。对于含奇数电子的物种来说，这种分配是不可能的一些第二周期的前几个元素的化合物，如硼烷，缺少价电子超出第二周期后的元素有可能多于8个电子，这种现象被称为价层扩充。例如：思考题：写出下列中间体的共振极限式，并指出贡献大小。如何解释羧基的羰基氧的碱性比羟基氧强？注意电荷分离式可能引起芳香性比较标准：以H为标准常见的吸电子基团（吸电子诱导效应用-I表示）NO2CNFClBrICCOCH3OHC6H5C=CH常见的给电子基团（给电子诱导效应用+I表示）(CH3)3C(CH3)2CCH3CH2CH3H带正电荷的基团具有吸电子诱导效应，带负电荷的基团具有给电子诱导效应。π-π共轭共轭体系因电子离域，使电子云密度分布发生改变，导致分子性能改变，这种原子之间的相互影响称共轭效应。单双键交替排列的体系，两个π键之间的共轭作用。2.共轭效应（Conjugationeffect）CCCHCHHHHHCHCHH2CCH2CHCHH2CCHCH3CH3CHCH2CH2CHH3CCH2CHCH2H2CCHCH2p-π共轭：π键与p轨道产生的共轭,称p-π共轭。CCC........+HHHHH+CH2CHCH2+δδCH2=CH-CH2....CH2=CH-CH2-CH2CHCH2..δδCH2CH