作者：叶非、黄长干、张金艳 主编
出版社：化学工业出版社
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有机合成化学(第二版)试读：
前言
本书为普通高等教育“十三五”规划教材。根据高等院校化学类专业的课程教学计划，本书总体上从不同角度讨论有机合成的实现，内容包括绪论、氧化反应、还原反应、烷基化反应和酰基化反应、缩合反应、消除反应、分子重排反应、环合反应、光学异构体的拆分和不对称合成、保护基在有机合成中的应用、有机合成试剂、逆合成分析与有机合成设计、近代有机合成方法。本书的编写在体系和内容方面体现以下特点。（1）能够反映当前有机合成领域的新理论、新试剂、新方法、新技术和新理念。（2）各章尽量按照：基本原理简述-解决问题的思路和方法次序叙述。（3）为了便于读者理解有关有机反应，对于重要反应类型的机理作了简要介绍。
本书是由东北农业大学、江西农业大学、黑龙江八一农垦大学、塔里木大学和海南大学五所高等院校的十三位教师共同编写，东北农业大学叶非、江西农业大学黄长干和黑龙江八一农垦大学张金艳担任主编。第1章由东北农业大学叶非编写；第2章由东北农业大学刘豫龙编写；第3章由东北农业大学沈玥编写；第4章由海南大学黎吉辉编写；第5章由黑龙江八一农垦大学王亚飞编写；第6章由东北农业大学徐英操编写；第7章由江西农业大学邓昌晞编写；第8章由黑龙江八一农垦大学张金艳编写；第9章由江西农业大学刘长相编写；第10章由江西农业大学黄长干编写；第11章由塔里木大学姜建辉编写；第12章由海南大学杨建新编写；第13章由塔里木大学于海峰编写。教材的初稿经主编、副主编审阅、修改，东北农业大学付颖教授仔细审校全稿，最后由叶非教授通读、审定。
在本次编写过程中，我们尽了自己的最大努力，但限于水平，书中一定还会有不当之处。我们恳切希望使用本书的同行和读者给予批评与指正。编 者2018年1月第一版前言
本书为高等学校“十一五”规划教材，根据各高等院校课程的教学计划，本书分为13章，包括绪论、各类基本反应、光学异构体的拆分和不对称合成、保护基在有机合成中的应用、有机合成试剂、逆合成分析与有机合成设计、近代有机合成方法，从不同角度讨论有机合成的实现。本教材的编写在体系和内容方面力求体现以下特点：①能够基本反映当前有机合成领域的新理论、新试剂、新方法、新技术和新理念；②各章尽量按照基本原理简述、解决问题的思路和方法的顺序叙述；③为了便于读者理解相关有机反应，对重要反应类型的机理也作了简要介绍。
本书由东北农业大学、江西农业大学、河南农业大学、海南大学、安徽科技学院、塔里木大学六所高等院校的十三位教师共同编写而成，东北农业大学叶非、江西农业大学黄长干和河南农业大学徐翠莲担任主编。第1章由东北农业大学叶非编写，第2章由东北农业大学付颖编写，第3章由安徽科技学院陈俊明编写，第4章由海南大学文金霞编写，第5章由河南农业大学杨国玉编写，第6章由东北农业大学徐英操编写，第7章由江西农业大学邓昌晞编写，第8章由安徽科技学院陈忠平编写，第9章由江西农业大学刘长相编写，第10章由江西农业大学黄长干编写，第11章由塔里木大学李红霞编写，第12章由海南大学杨建新编写，第13章由河南农业大学徐翠莲和杨国玉编写。教材的初稿由主编、副主编审阅、修改，经东北农业大学徐雅琴教授仔细审校全稿，最后由叶非教授通读、审定。
为方便教学，本书有配套的电子课件及习题解答，使用本书作教材的学校可以向出版社免费索取，songlq75@126.com。
在本次编写过程中，我们尽了自己的最大努力，但限于水平，书中难免还会有疏漏或不当之处。我们恳切希望使用本书的同行和读者进行批评、指正。编者2010年4月第1章 绪论1.1 引言
化学被众多人称为“中心科学”，化学合成则被认为是这个中心的“中心”。迄今已知的2400多万种物质中，绝大多数为有机合成产物。有机合成化学经过化学家的不懈探索和工业生产实践，近一个多世纪以来取得了十分巨大的进展。
自Wöhler在1828年首次由氰酸铵制得尿素，成功地进行了有机化合物的人工合成后，化学家们开始对自然界存在的与人们生活有关或有理论价值的有机化合物进行了合成探索。1856年，著名有机化学家Perkin用铬酸氧化苯胺衍生物时得到了能与天然染料茜红和靛蓝相媲美的苯胺紫，并以实验室合成为基础设计了工业生产方案，使其很快投入了工业生产。1868年Graebe和Liebermann合成了茜红，1878年Baeyer合成了靛蓝。经过不断地创新、改良和生产实践，终于形成了合成染料化学工业。染料化学及其他化学工业的发展导致合成药物的产生。人们在对一些染料中间体抗菌性的研究过程中发现了磺胺类抗生素，从而开创了人工合成药物的新纪元。
100年来合成化学发展迅速，许多新技术被用于无机和有机化合物的合成，例如，超低温合成、高温合成、高压合成、电解合成、光合成、声合成、微波合成、等离子体合成、固相合成、仿生合成等；发现和创造的新反应、新合成方法不胜数。现在，几乎所有的已知天然化合物以及化学家感兴趣的具有特定功能的非天然化合物都能够通过化学合成的方法来获得。在人类已拥有的2400多万种化合物中，绝大多数是化学家合成的，几乎又创造出了一个新的自然界。合成化学为满足人类对物质的需求做出了极为重要的贡献。纵观20世纪，合成化学领域共获得10项诺贝尔化学奖。1912年格利雅因发明格氏试剂，开创了有机金属在各种官能团反应中的新应用而获得诺贝尔化学奖。狄尔斯和阿尔德因发现双烯合成反应而获得1950年诺贝尔化学奖。齐格勒和纳塔发现了有机金属催化烯烃定向聚合，实现了乙烯的常压聚合而荣获1963年诺贝尔化学奖。人工合成生物分子一直是有机合成化学的研究重点。从最早的甾体（Windaus，1928年诺贝尔化学奖）、抗坏血酸（Haworth，1937年诺贝尔化学奖）、生物碱（Robinson，1947年诺贝尔化学奖）到多肽（Vigneaud，1955年诺贝尔化学奖）逐渐深入。到1965年有机合成大师Woodward由于其有机合成的独创思维和高超技艺，先后合成了奎宁、胆固醇、可的松、叶绿素和利血平等一系列复杂有机化合物而荣获诺贝尔化学奖。获奖后他又提出了分子轨道对称守恒原理，并合成了维生素B等。12维生素B12
此外，Wilkinson和Fischer合成了过渡金属二茂夹心式化合物，确定了这种特殊结构，对金属有机化学和配位化学的发展起了重大推动作用，荣获1973年诺贝尔化学奖。1979年Brown和Wittig因分别发展了有机硼和Wittig反应而共获诺贝尔化学奖。1984年Merrifield因发明了固相多肽合成法对有机合成方法学和生命化学起了巨大的推动作用而获得诺贝尔化学奖。
经过长期的发展与积累，有机合成化学的内容越来越丰富，新的反应与方法层出不穷，加上有机化合物自身结构的复杂性，面对一种新的复杂化合物的合成常常会感到无从下手，这时合成化学家的经验便显得十分重要。20世纪60年代末，美国哈佛大学Corey教授根据其多年对复杂分子的合成及设计研究，逐渐创立了从目标结构开始采用一系列逻辑推理方法推出起始原料及合成路线的方法——逆合成分析法。这种逻辑方法的产生与完善对复杂分子的合成有很大帮助。由Corey领导的研究组在此理论的指导下完成了100多种复杂分子的多步骤合成，几乎每种复杂化合物的成功合成都有新的方法出现。Corey由于合成理论方面的杰出成就而获得了1990年度诺贝尔化学奖。
现代合成化学经历了近百年的努力研究、探索和积累，到今天已经可以合成像海葵毒素这样复杂的分子（分子式为CHNO，129223354有64个不对称碳和7个骨架内双键，异构体数目多达271个）。海葵毒素1.2 有机合成的目的和设计1.2.1 有机合成的目的
有机合成是利用化学方法将简单的无机物或简单的有机物制备成较复杂的有机物的过程。早期的有机合成，主要是在实验室内仿造自然界中已存在的化学物质。同时，在分子结构上也达到了验证的作用。现在，人们已可以依据物质分子的结构与性质的关系规律，为适应国计民生的需要而合成自然界中并不存在的新物质。今后的发展趋势，不是盲目地研究合成新的化合物，而是设计和合成预期有优越性能的或具有重大意义的化合物。
因此，有机合成已经成为当代化学研究的主流之一。利用有机合成可以制造天然化合物，可以确切地确定天然化合物的结构，可以辅助生物学的研究以解开自然界的奥秘。利用有机合成更可以制造非天然的，但预期会有特殊性能的新化合物。事实上，有机合成就是应用基本且易得的原料与试剂，加上人类的智慧与技术来创造更复杂、更奇特的化合物。可以这样说：“有机合成是‘无中生有’” 。正如1965年诺贝尔化学奖获得者、有机合成大师的Woodward教授所说：“在有机合成中充满着兴奋、冒险、挑战和艺术” 。再进一步看，逻辑性的归纳和演绎在有机合成中，特别是在路线设计中，显得非常重要，甚至可以运用计算机程序来辅助合成路线的设计。
基本有机合成工业的任务是：从廉价易得的天然资源，如煤、石油、天然气或农副产品等，初步加工成一级有机产品，如甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、苯、萘等，再进一步加工成二级有机产品，如乙醇、乙酸、丙酮等。这些一、二级产品的生产称为“重有机合成工业” ，它的特点是：产品量大，质量要求稍低，加工相对粗糙，生产操作简单。
精细有机合成工业的任务是：以基本有机合成工业中得到的一、二级有机产品为原料，合成一些结构比较复杂，质量要求很高（即较精细）的化合物。其制备过程的操作条件要求严格，步骤较多，一次生产的量比较少但品种比较多。精细有机合成主要用在合成药物、农药、染料、香料等。这种合成的首要任务常常是合成路线的设计。
这两类有机合成工业对于国计民生都是缺一不可的。没有精细有机合成工业就没有满足人民生活需要的丰富多彩的有机产品；没有基本有机合成工业，精细有机合成工业也就没有根基。1.2.2 有机合成路线设计
著名的有机合成化学家Still曾指出：一个复杂有机分子的有效合成路线的设计是有机化学中最困难的问题之一。路线设计是合成工作的第一步，也是最重要的一步。路线设计不同于数学运算，它没有固定的答案。但任何一条合成路线，只要能合成出所要的化合物，应该说都是合理的。当然，在合理的路线之间，却是有差别的。
要具有高的路线设计的能力，首先要有技术方面的能力，如对各类、各种有机反应的熟悉与掌握，对同一目的、不同有机合成反应在实用上的比较与把握，对各个步骤操作条件的实际掌握，对产品纯化和检测的能力等。但这还不够，还要有逻辑思维的能力，以致对各步有机反应的选择与先后排列能达到运用自如。要做好一个复杂化合物的合成，需要组织好众多的有机反应，以形成一个综合的，高效的合成能力。这种“战术” ，在合成化学中就叫“策略” 。例如，颠茄酮的合成有两条不同的路线，具体如下。
① 1915年诺贝尔奖获得者Willstatter，于1896年推出了一条颠茄酮合成路线，此路线前后经历了21步之多：
这一路线总的收率只有0.75%。尽管路线中每一步的收率均较高，但由于步骤太多，使总收率大大降低。
② 21年后的1917年，Robinson设计出了另一条颠茄酮合成路线，既合理，又简捷，仅用了3步，总收率达90%：
由此可见，一个好的思维路线，能设计出一条好的合成路线。1.3 有机合成的发展与作用1.3.1 有机合成发展的条件
有机合成不论在天然物质，还是非天然物质方面，都已经取得了十分辉煌的成就。尤其是现代科学的进展，已为有机合成今后发展建立了良好的客观条件。
① 理论方面 现代有机合成化学已建立在坚实的理论有机化学和量子化学的基础上。在深度上将对反应的历程和本质作进一步深入的研究，从而在控制反应的方向与速率、产物的结构与纯度以及提高反应的收率等方面取得更多的主动权。
② 方法方面 近年来，对新型有机合成方法，如生物化学法、超声法、高压法、辐射法等，特别是酶化学和酶模拟合成方法的研究，获得重大的突破，从而为合成方法带来更大的变革。
③ 测试方面 近代物理测试方法，如红外、紫外、核磁共振、色质联用、高效液相色谱、元素自动分析、X射线衍射等，已普遍配合应用，有力地促进了有机合成的迅速发展。
④ 人工智能方面 使用计算机来辅助合成路线设计将大大加快合成路线设计的速度。为此，人们已注意到了全面分析和总结复杂分子的合成规律与逻辑，使合成工艺变得更加严格而系统化，以此为基础，编制有机合成路线的计算机辅助设计程序，逐步达到路线设计的计算机化。
有机合成虽然有了很大的发展，但自然界和人类本身的发展又不断地向合成化学家提出了新的挑战。在有机合成反应上，虽可以举出很多高选择性方面卓有成效的工作，但局限性仍然很多。从日益发展的精细化工品的需求来说，必然会要求更加理想的高选择性反应，以及更加温和的反应条件，同时又要不恶化人类生存的地球环境。1.3.2 有机合成化学的作用
有机合成化学的作用归纳起来有两点：一是应用于生产实践，开发新产品造福人类；二是用于理论研究。
以有机合成化学为基础建立的有机化工经过长期的发展形成了两大分支。其一是以石油、天然气和煤等为原料合成一些较简单的化合物，如三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、一炔（乙炔）、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、乙酸和苯酚等的基本有机化工，特点是生产规模大、产品结构相对稳定、技术比较成熟、产品附加值相对较小。另一分支是利用上述基本有机原料及无机产品生产结构比较复杂，具有各种特定用途的有机或高分子化学品的精细化学工业，特点是产品品种多、产量较小、专用性强、技术比较复杂多变、更新换代快、产品附加值较高，涉及医药、染料、涂料、农用化学品、表面活性剂、纺织、印染、造纸业用添加剂、塑料、橡胶助剂、石油助剂等许多领域。具体到某个领域乃至某种产品，人们不断提出新的要求，促使产品不断更新换代。例如，20世纪50年代后，随着石油化工的发展出现了合成纤维，其染色与天然纤维有很大的差别，因而对染料提出了新的要求。经过合成化学家的努力，开发了分散染料、阳离子染料和活性染料等新型染料。随着现代科技的发展，涂料原有的装饰与保护功能已不能满足高新技术的要求。一些新型涂料，如用于电子元件的高绝缘性涂料、导电涂料、太阳能吸收涂料、防雷达涂料、防辐射涂料及耐高温涂料等便应运而生了。再如，合成农药的使用会产生环境污染，长期使用使害虫产生抗药性，于是化学家们研究开发了新的高效、低毒和低残留的有机杀虫剂，如拟除虫菊酯、昆虫激素（不育剂、性引诱剂等）等第三代农药。
人们很早便利用有机合成来进行理论研究。Korner曾用衍生物制备法来确定各种取代苯的异构体。Perkin进行的碳环合成为Baeyer的张力理论提供了依据。Willstater合成环辛四烯对环丁二烯稳定性的研究为芳香性理论提供了有力证据。
此外，有机合成化学在一些相关学科及高科技领域中的应用也越来越广泛。例如，功能高分子化学涉及的特殊单体的合成；配位化学中特殊配体如各种大环、多环化合物的合成；一些典型生物化学过程的人工模拟；各种功能材料如功能膜、含能材料、智能材料、光学有机材料、导电材料和有机磁性材料等都与有机合成有着非常密切的关系。习题
1.1 什么是有机合成？
1.2 简述有机合成的现代成就。
1.3 简述有机合成化学与其他科学相结合的发展趋势。
1.4 简述有机合成化学的作用。第2章 氧化反应
氧化反应是一类最普通、最常用的有机化学反应，借助氧化反应可以合成种类繁多的有机化合物。醇、醛、酮、酸、酚等含氧化合物都可以由氧化反应制备。2.1 概述
有机化合物分子中，凡失去电子或电子偏移使碳上电子云密度降低的反应称为氧化反应。狭义而言：氧化反应是分子中增加氧原子或失去氢原子的反应。氧化反应不涉及形成新的碳卤、碳氢、碳硫键。
① 增加氧原子：
② 减少氢原子：CHCHOHCHCHO323
③ 既增加氧原子，又减少氢原子：
氧化反应必须通过氧化剂来实现，氧化剂是亲电试剂，它从有机化合物中取得电子，进攻有机分子中电子密度大的部位。对不同类型的化合物，氧化反应的难易程度不同。通常：烷烃难氧化，烯烃、醛易氧化，芳烃的侧链易氧化。
有些氧化剂可以氧化多种基团，它们的氧化能力强，但选择性差，称为通用氧化剂，如：高锰酸盐、铬酸等。有些氧化剂只能有选择地氧化某些基团，对于其他可氧化基团不进行反应或进行得很慢，称为选择性氧化剂。如：二氧化硒、四醋酸铅等。还有一些微生物氧化剂，如黑根霉菌。
从反应时的物态来分，可以将氧化反应分成气相氧化和液相氧化。在操作方式上可以分成化学氧化、电解氧化、生物氧化和催化氧化等。
氧化反应的机制研究已有很悠久的历史，但是许多氧化反应的机理迄今还不太清楚。因氧化剂、被氧化物结构的不同，而导致不同的反应机理；也因具体反应条件的不同，机理不同而产物也不同。因此，氧化剂的选择与反应条件的控制是氧化反应是否顺利进行的关键。表2-1列举了几种氧化剂，本章选择重要的常用氧化剂分别详细介绍、讨论。表2-1 几种氧化剂及其应用2.2 高锰酸盐氧化剂2.2.1 概述
高锰酸盐对各种可以被氧化的基团都能进行氧化，是一种通用氧化剂。钠盐易潮解，钾盐有稳定的结晶状态，故常用钾盐。它们应用范围广，不论在酸性、中性，还是碱性介质中均能起氧化作用，但由于介质pH值不同，氧化剂强度也不相同。
在中性或者碱性介质中，锰原子从+7价被还原为+4价，生成MnO沉淀。2
在酸性介质中，锰原子从+7价变为+2价。
因此，在酸性介质中标准电极电势高，氧化能力强。
KMnO通常要在水溶液中使用，优点是所生成的羧酸以钾盐的4形式溶解于水，然后酸析就可得到产品。但由于大部分有机物难溶于水，而且大部分有机溶剂也难避免被KMnO氧化，这也就限制了高4锰酸盐的广泛应用。KMnO易溶于丙酮、吡啶、乙酸、叔丁醇等，4可以在这些溶剂或其水溶液里反应。当使用EtOH时，反应温度必须很低（-40℃以下），否则EtOH也将被氧化。若反应要在一定酸度下+进行，可加入H调节剂，如加入MgSO可使反应维持在近中性的弱4碱液中进行。另外，在相转移催化剂（PTC）的作用下，有机溶剂溶解被氧化物与KMnO水溶液形成两相，可在搅拌下反应。常用的PTC4+-有苄基三乙基氯化铵（PhCHNEtCl）、十六烷基三丁基溴化铵23+-（CHNBuBr）等。16333
KMnO的氧化反应可以在0～100℃的温度范围内进行，根据有4机化合物的种类和敏感性而定。例如：烯烃和醇类可以在-10～25℃下进行；炔烃、烷基侧链的芳香化合物需要100℃。一般的实验方法：将有机物与水一起回流，KMnO的量超过理论计算的1/10，分若干份4加入，每加一份后，搅拌煮沸到紫色褪尽再加下一份。加完KMnO4后如紫色不褪尽，就要再加一些KMnO进行回流，一直到紫色维持4不褪。氧化反应完成后，如氧化物溶于水，可以滤去MnO，滤液酸2化后，产物沉淀出来；如产物不溶于水，可以和MnO一道滤出，再2从滤饼中抽提出来。例如，用此法可以2-乙基己醇为原料经氧化得到2-乙基己酸；从对氯甲苯的氧化得到对氯苯甲酸。
用KMnO氧化时，如果生成的氢氧化钾能引起其他副反应，可4以向反应液中加入MgSO以抑制其碱性，例如，用KMnO氧化3-甲44基-4-硝基乙酰苯胺合成2-硝基-5-乙酰氨基苯甲酸时，加入MgSO可4以避免乙酰氨基的水解。2.2.2 应用（1）氧化烯烃
烯烃在较强的碱性条件下可被KMnO氧化成二醇，收率不太4高，很少超过50%，增强搅拌或使用相转移催化剂能提高收率。
在中性、弱碱性或弱酸性条件下，产物为α-羟基酮；在酸性条件下为断开后的产物。其反应机理如下：
第一步形成锰酸的环状结构，然后在不同条件下，得到不同的产物。其立体化学为同侧加成。
水合氧化加成：在较强碱液中进行，产物为邻二醇，为同侧加成，也可以进一步氧化成羟基酮或二酮。
在过量KMnO或较高温度下，烯烃裂解成两个酮、酸等，氟化4烯烃尤其容易发生裂解。
裂解双键有效方法：用高碘酸钾和微量KMnO（60∶1）在中性4溶液中进行。高碘酸钾的作用使低价锰化合物回复成Mn，能使Mn反复使用。
E-5-癸烯在弱酸条件下被高锰酸钾溶液氧化，生成5-羟基-6-癸酮：
Christopher等发现，AlO固载KMnO能使1，3-和1，4-环己二234烯脱氢氧化，恢复芳香性，具有很好的选择性，其他官能团如烯醇醚、羧基、酯基不受影响。反应式如下：（2）氧化芳烃
苯环不易被氧化，侧链可被氧化成—COOH，是KMnO氧化的主4要应用之一。
该反应通常在碱性条件下进行，生成的羧酸钾易溶于水，与二氧化锰容易分离。若分子中具有酚羟基或氨基，由于这些基团易被氧化，所以不能采用这种方法，需要采用保护。
芳香杂环一般对于KMnO的氧化比苯环更为稳定。4
用AlO固载KMnO能选择性地氧化芳烃侧链，当苄基碳为仲碳234时氧化成酮，为叔碳时得到醇，反应式如下：
该方法对苯并吡喃型和苯并呋喃型化合物的氧化极具选择性。例如：（3）氧化醇
高锰酸根在酸性或碱性条件下，能氧化伯醇为醛或酸，氧化仲醇为酮。在中性条件下，醇相对比较稳定，反应常在乙酸或丙酮中进行，也可以在水/醚，二氯甲烷/水或石油醚/水等两相中进行，但要使用合适的相转移催化剂。
酚类在中性、酸性或碱性条件下能够被高锰酸钾氧化，苯环被破坏。（4）有机含氮化合物的氧化
胺对高锰酸根十分敏感。25℃下，胺被高锰酸钾氧化得到很复杂的产物，包括亚胺、烯胺和断链产物，因此，没有合成的意义。
含有α-活泼氢的仲胺可以被氧化成相应的酮：2.2.3 活性MnO氧化剂2
用作氧化剂的MnO有两种：MnO和HSO混合物，以及活性2224MnO。作为氧化剂，MnO可用于芳烃、醌类以及在芳环上引入羰基22等。例如MnO可将对氯甲苯氧化成对氯苯甲醛。MnO特别适合于烯22丙基和苄羟基的氧化，反应在中性溶剂中进行（水、苯、石油醚等），反应条件温和。但所需要的MnO要经过特殊方法制备才能具备较高2的氧化活性；最好的方法是用硫酸锰和高锰酸钾在碱性介质中制备而得。MnO和HSO的混合物为温和氧化剂，可使氧化反应停止在中224间阶段，使芳烃侧链的甲基氧化为醛基，但反应不易控制，若温度较高，则反应产物中常有部分氧化为羧酸的副产物。
活性MnO是较缓和选择性高的氧化剂，近年来被广泛用于氧化2α，β-不饱和醇合成醛、酮，不影响双键，收率高。操作步骤：将活性MnO粉末分散在石油醚、丙酮、乙酸乙酯或苯等溶剂中，在无水2条件及室温下反应。缺点：MnO用量大，反应时间长。2
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