有机合成简化

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1、 有机合成简化 平行连续法和金属化合物有机导向合成 学号:2013086 姓名: 杨志强有机合成简化 平行连续法和金属化合物有机导向合成关键词 有机合成；方法；导向；金属；化合物摘 要 有机合成范围广，涉及到国民经济的很多的领域，无论在生产实践中或是科学领域上都有重大的意义和作用。所以确定目标化合物的路线极其重要，那么一条经济快速的路线，必然就是良好的路线，也就是说简单的路线就是最佳的路线。一、前言有机合成广泛应用到我国国民经济的许多领域, 无论在生产实践中或科学领域上, 都有重大的意义。目前已知的数百万种有机物中, 大多是由合成得到的, 它们广泛地应用于农业( 如高效低毒杀虫剂、杀菌剂、除草

2、剂、植物生长刺激素等) 、轻工业( 如医药、染料、香料、涂料、合成塑料、粘接剂、表面活性剂、试剂、助剂等) 、重工业( 如工程塑料、合成橡胶、发动机燃料及添加剂、浮选剂、萃取剂等) 、国防工业( 如炸药、高能燃料、特殊合成材料等) , 现代许多近代科学技术中的课题( 如微电子工业、光能的储存、超导材料等) 都需要有机合成来解决, 可以说有机合成工业已成为实现四化不可缺少的物质基础。在化学的基础研究方面, 有机合成也是一个重要的工具。有机合成的出现, 促进了有机化学的延生和发展。研究有机物分子的结构, 要用合成来最后确定; 研究一系列新的、具有特定性能的物质, 要靠大量合成工作来筛选; 系统研究

3、有机物的物理、化学和生物性质也需要进行合成; 许多有机化学的基本理论以及新反应、新方法等也是在大量合成实践的基础上发展起来的; 许多新的理论也要靠合成来证实和检验; 具有生理活性的生物高分子的合成将对探索生命现象的秘密具有十分重大的意义。1有机合成是一项很复杂的工作, 需要付出艰苦的劳动, 要进行有机合成就要必须掌握好有机化学的基础知识和一定的合成技术。要合成一个有机物, 首先要进行合成路线设计, 但通过有机化合物的合成路线设计, 往往不只得到一条合成路线, 这就需要对这些路线进行分析比较, 从中选出较好的, 通常来说一个有机合成路线越是简单操作起来就越方便，但是还必须考虑其他因素。这就涉及到

4、合成问题的简化。目前简化方法有五种:1利用分子对称性来简化合成的路线；2利用分子重排反应；3借用天然化合物或者其他易得化合物的部分结构，也就是半合成；4同时形成两个以上的链或官能团；5有类似化合物的合成法尅模拟等。然而利用平行-连续法合成复杂的化合物对于简化合成路线十分有效。由于金属在有机合成反应具有均促作用，这样金属化合物导向有机合成也显得十分引人关注。二、有机合成2.1一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

5、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。23、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。三、 成功的几率如果一个目标分子有几条合成路线, 应优先选用认为最有希

6、望的路线来尝试。这一问题可从下列要点来考虑和选择:1.稳定的中间体中间体的选择常常是合成计划成败的关键。一个理想的中间体应该稳定又易纯化。一条合成路线中不稳定的中间体越多, 合成成功的几率越小。2.可靠的反应一条合成路线中不平常的反应越多, 合成成功的几率越小。3.多线反应在决定了几个关键中间体以后, 4.最好采取分支路线, 工作中一条分支路线不成功或不够理想, 还可另选一分支路线进行试验。这样不仅增加了成功几率, 也不会造成前功尽弃的局面。例如, 笔者在合成 - 氰基丙烯酰基甘醇酸异丁酯时, 考虑了以下几种合成路线3:( a) 法具有反应条件温和等特点, 但羟基酸酯和 DCC 不易得, 且价

7、格高, 该合成路线不理想。( b) 法虽然原料易得, 但合成路线长, 收率低, 也不是理想的合成路线。( c) 法具有反应条件温和、操作简便、收率高、催化剂无毒、价廉的优点, 是一条较为理想的合成路线。关键反应在合成路线中应尽早出现。关键反应出现越早, 成功的把握越大, 如果通过较长的合成路线才能到关键路线, 一旦失败就会造成人力物力的极大浪费。反应步骤前后安排要合理。一般将收率低的单元反应放在前面, 而将收率高的的单元反应放在后面。四、连续法(会集法)4.1直线连续法对于一个复杂的化合物的合成，需要多步去实现.多步合成有两个极端的策略，一个是连续法，一步一步地进行反应，每一步增加目标分子的一

8、个新部分，如：BEDCAA+B A+B+C A+B+C+D A+BF+C+D+E A+B+C+E+D+F这样处理有两个主要缺点:1.即使每一步都获得极好的产率，可是多步合成的总收率会很低;2.如果另有一些活性官能团必须携带着，而通过很多步骤不发生变化，这样是很难做到的。而且工业生产比较麻烦,需要多个反应的单元反应器皿,这样就需要大量生产设施,而且会消耗大量的人力物力。对于经济效益会有很大的影响，不适合在工业上生产。4.2平行-连续法 平行一连续法(也就是会集法，convergence )。在这个合成法中，分别合成目标分子的主要部分，并使这些部分在接近合成结束时再连接在一起，即CBA A+B A

9、+B+C FE A+B+C+D+E+F D D+E D+E+F这样总收率会比用连续法所得到的高，而且目标分子的不稳定部分被包含在较小的单元。因此在一个复杂的化合物的合成中，尽量将目标分子分成两大部分，再将两部各拆解成次大部分，避免将目标分子按小段地逐一拆解。对于有对称性的分子，可以拆开成相同的部分，这样更减少了合成步骤，更有效地提高收率。ABCDEF ，这种直线式路线设计, 若每步反应的产率均为 90% , 其总收率为( 0. 90)7100=47% 但是, 如果我采用下列平行连续法：ABC FDE若每步反应的产率均为 90% , 其总收率为( 0. 90)3100=73%。很显然在合成中采用

10、平行连续法更为优越。五、金属化合物导向有机合成5.1金属有机化合物金属有机化合物是指分子中至少含有一个金属-碳键（M-C键）的化合物，它们包括含M-C -键，M-Cn-键， -M-Cn大-键的化合物。它们是一类特殊的配合物。经典的配合物中虽然含有有机配体，但有机配体不是通过碳原子与金属成键，而是通过其他非金属原子形成配位键。这一类化合物不应归为金属有机化合物。3 人类历史上第一次制备的金属有机化合物是Zeise盐，由于分析手段的落后，Zeise盐的结构及其他不同寻常的性能无法确定。一般认为，1827年到1950年这段时期是金属有机化学的“萌芽”时期。5.2金属化合物简化有机合成 金属有机化合物

11、在有机合成的均相催化反应中起着十分重要的作用;往往在金属有机化合物催化下产生一系列的有机合成反应，如Z土egler的烷基铿或苯基锉应用于有机合成，Heck的钻催化氢甲酸化反应等金属有机化学的发展不仅为研究有机反应机理，特别是为现代有机合成提供了强有力的手段，现代有机合成要求反应具有高的选择性，即区域选择性和立体选择性，以及符合“原子经济”.即产物中最大限度地体现反应物的原子数。在金属有机化合物的催化作用下，系列有机反应可以在“一锅 ( one-pvt)实现。“一锅”反应已经成为一个重要的合成策略。其特点是在一个简单的操作中包括两个或多个转变，达到从简单原料出发合成复杂化合物的目的。如大家熟知的Wittig反应，通常需要3步来实现碳一碳双键，而在有机钯催化下，有正三丁基磷存在时、可以“一锅”法把醛变为烯烃:在有机合成中，我们应该因地制宜，适时选择。考虑生产原料的物理特性和化学特性。优越的有机合成生产路线，能给企业带来巨大的效益，简化合成更加创造价值，减少副反应的放生。在较短的时间能够获取更多的产品。 1 陈志华. 玉溪师专学报( 自然版) J . No. 10. ( 1994) . 2 李长轩主编. 有机合成设计 M . 河南: 河南大学出版社, 1995. 3 嵇耀武. 有机合成设计技巧 M . 北京: 科学出版社, 1984.