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1、中学化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第17讲 有机化合物的合成【竞赛要求】有机合成的一般原则。引进各种官能团（包括复合官能团）的方法。有机合成中的基团爱护。导向基。碳链增长及缩短的基本反应。有机合成中的选择性。【学问梳理】一、有机合成的一般原则有机合成是有机化学的重要组成部分，是建立有机化学工业的基础，有机合成一般都应遵循下列原则：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别提纯。要力求采纳只生成一种或主要生成一种的牢靠反应，避
2、开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，一般不须要合成芳香环，尽量采纳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（包括碳架的建立、各种官能团引进等）（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
3、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Br NO2 Ar ArH 假如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；假如所需合成的化合物两个基团相互处于间位，则其中至少有一个基团属于间位定位基。例如：合成苯环上含有两个基团的化合物时，假如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，在这两种状况下，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，而须要通过中间转化过程来实现。详细方法有：（1）对于亲电取代反应
4、，在合成依次中，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，这种基团具有肯定的定位作用，待其次基团引入后，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，可通过变更起始物取代基转化的先后依次来确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）要特殊留意某些反应条件的要求。例如合成 时，有下述两种合成途径：明显第一条途径较好，在引入致活基团C2H5后有利于其次步反应；而其次条途径引入的Br是致钝
5、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，还须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肯定的方式连接，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（4）1，4 双官能团化合物三、有机合成中的基团爱护、
6、导向基（一）基团爱护在有机合成中，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，这样就不能达到预料的合成目标，因此，必需实行对这些基团进行爱护，完成合成后再除去爱护基，使其复原。对爱护措施肯定要符合下列要求：只对要爱护的基团发生反应，而对其他基团不反应；反应较简洁进行，精制简洁；爱护基易脱除，在除去爱护基时，不影响其他基团。下面只简略介绍要爱护的基团的方法。1、羟基的爱护在进行氧化反应或某些在碱性条件进行的反应，往往要对羟基进行爱护。如防止羟基受碱的影响，可用成醚反应。 OH OROCR O OH 防止羟基氧化可用酯化反应。2、对氨基的爱护氨基是个很活泼的基团，在进行氧化、
7、烷基化、磺化、硝化、卤化等反应时往往要对氨基进行爱护。 NH2 CH3COCl 或酸酐 NH2CCH3 O （1）乙酰化（2）对NR2可以加H+ 质子化形成季铵盐，NH2也可加H+ 成 NH而爱护。3、对羰基的爱护CHO + 2ROH CH(OR)2 H+ 羰基，特殊是醛基，在进行氧化反应或遇碱时，往往要进行爱护。对羰基的爱护一般采纳缩醛或缩酮反应。4、对羧基的爱护COOH + ROH COOR H+ 羧基在高温或遇碱性试剂时，有时也须要爱护，对羧基的爱护最常用的是酯化反应。5、对不饱和碳碳键的爱护碳碳重键易被氧化，对它们的爱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
8、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，复原原来面貌，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，明显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，明显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 ，同时氨基也简洁去掉： NH
9、2 N H因此，它的合成路途是：依据导向基团的目的不同，可分为下列几种状况：O C6H5O + C6H5BrO C6H51、致活导向假如要合成 可以用 但这种方法产率低，因为丙酮两个甲基活性一样，会有副反应发生：O C6H5C6H5Br碱 C6H5Br碱 O C6H5C6H5O C6H5BrO COOC2H5 C2H5ONa O COOC2H5 C6H5O COOC2H51）H3O 2） C6H5O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
10、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 酮酸易于脱羧的特性将导向基去掉，于是得出合成路途为：2、致钝导向H2N Br 活化可以导向，有时致钝也能导向，如合成 氨基是很强的邻、对位定位基，进行取代反应时简洁生成多元取代物：NH2 + Br2 NH2 Br Br Br 如只在苯胺环上的氨基的对位引入一个溴，必需将氨基的活性降低，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，而此状况下对位产物是主要产物：NH2 Br NHCOCH3 Br Br2 H2O NHCOCH3 NH2 NH2 NO2 3、利用封闭特定位置来导向 NH3SO4H 例如合成 ，用苯胺为起始原料
11、，用混酸硝化，一方面苯胺易被硝酸氧化，另一方面，苯胺及硫酸还会生成硫酸盐，而 是一个间位定位基，硝化时得到NH2 NO2 ，所以苯胺硝化时，要把苯胺乙酰化后，再硝化。NH2 NHCOCH3NO2（90%）NHCOCH3+NO2 NHCOCH3 微量 NH2NO2（主要）+NH2 NO2 微量 由于乙酰基此时主要是对位产物，所以仍不能达到目的。假如导向一个磺酸基，先把氨基的对位封闭，再硝化，可以得到满足结果：NH2 NHCOCH3 SO3HNHCOCH3 NH2 NO2 NO2 NHCOCH3 SO3H57%H2SO4 煮沸四、碳链增长及缩短的基本反应1、碳链增长的反应起始原料 反应及产物烯类炔
12、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（2）卤仿反应（3）霍夫曼降级反应（4）羧酸反应（5）芳香族化合物氧化五、有机合成中的选择性在有机合成中，还须要考虑选择性，这些选择大致有下列几类。1、化学选择分子中的几个基团，有时不须要加以爱护和特殊的活化，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限制来限制反应进行的程序：OH COOCH3 HO CH2COOCH3 COOCH3 KOH，CH3OH，回流三分钟 脂肪族酯易水解 OH COOCH3 HO CH2COOCH COOCH3 （84%）1） 40% NaOH，95 2） H3O两个酯基先水解空阻小的OH COOCH3 HO CH2COOH3 COOCH 第三个酯基要在更剧烈的条件下，如在NaOH和高沸点溶剂乙二醇中回流才能水解。CH2=CHCH2C CH Br2/CCl4，20 CH2CHCH2C CH Br Br （90%）不同的官能团对同一试剂的反应是不同的，有的能够及之作用，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分，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及卤素加成，但炔烃的反应却远弱于烯烃，
