有機(jī)物結(jié)構(gòu)及其相關(guān)合成方法

王凱鑫

摘要 自然界中物質(zhì)分為混合物和純凈物，其中純凈物又被分為單質(zhì)和化合物，化合物中又包含了兩個(gè)最重要的分類——無機(jī)物和有機(jī)物。其中有機(jī)物的性質(zhì)絕大部分取決于自身的結(jié)構(gòu)，所以想掌握有機(jī)物的相關(guān)內(nèi)容，尤其是他的合成的話，就必須對有機(jī)物的結(jié)構(gòu)有一個(gè)了如指掌的認(rèn)識(shí)。而化學(xué)合成是一門富有創(chuàng)造性的學(xué)科，可以利用有機(jī)化學(xué)各種神奇的反應(yīng)將其一些簡簡單單的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐恍O為復(fù)雜的物質(zhì)，甚至是有一些極為常見的東西變?yōu)橐恍┳匀唤缰袕奈闯霈F(xiàn)的物質(zhì)。而有機(jī)合成更是體現(xiàn)了這一特性：人們通過曲折更艱辛的有機(jī)合成工作制備了不少自然界較為短缺的物質(zhì)，甚至是創(chuàng)造出從未從出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能的物質(zhì)（航天服用多層鍍鋁的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜并在各層之間夾以無紡織布制成），所以有機(jī)合成為人類發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。基于以上兩點(diǎn)，本文對有機(jī)物的結(jié)構(gòu)及其合成進(jìn)行了淺顯討論。

關(guān)鍵詞 有機(jī)物結(jié)構(gòu);合成流程;切斷法

1.有機(jī)物的簡單介紹及分類

1.1什么是有機(jī)物？

德國化學(xué)家肖萊馬首先把有機(jī)物定義為“碳?xì)浠衔锛捌溲苌铩保髞砗筝吙茖W(xué)家逐漸完善其理論，將定義的核心由原先的組成上，改放在性質(zhì)上。

1.2.有機(jī)物的簡單分類：

開鏈烴（脂肪烴）：分子中碳原子彼此結(jié)合成鏈狀，而無環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烴，稱為開鏈烴。根據(jù)分子中碳和氫的含量，鏈烴又可分為飽和鏈烴（烷烴）和不飽和鏈烴（烯烴、炔烴）。

飽和烴：飽和烴可分為鏈狀飽和烴即烷烴（亦稱石蠟烴）和另一類含有碳碳單鍵而呈環(huán)狀的飽和烴即環(huán)烷烴。

烷烴：亦稱石蠟烴。

不飽和烴：含有不飽和鍵（“C=C”或“C≡C”）的烴類。

烯烴：分子中含“C=C”的烴。

二烯烴：含有兩個(gè)“C=C”的鏈烴或環(huán)烴。二烯烴中含共軛雙鍵體系的最為重要，如1，3-丁二烯、2一甲基-l，3-丁二烯等。

炔烴：分子中含有“C≡C”的不飽和鏈烴。根據(jù)分子中碳碳叁鍵的數(shù)目，可分為單炔烴和多炔烴，單炔烴的通式為CnH2n-2，其中n≥2。最簡單、最重要的炔烴是乙炔HC三CH。

環(huán)烷烴：在環(huán)烴分子中，碳原子間以單鍵相互結(jié)合的叫環(huán)烷烴，是飽和脂環(huán)烴。常見的環(huán)烷烴有環(huán)丙烷、環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷等。

芳香烴：一般是指分子中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的烴。可分為單環(huán)芳香烴、多環(huán)芳香烴、稠環(huán)芳香烴等。單環(huán)芳香烴的通式為CnH2n-6，單環(huán)芳香烴中重要的有苯、甲基苯等。

稠環(huán)芳香烴：分子中含有兩個(gè)或多個(gè)苯環(huán)。，分子中共用兩個(gè)碳。

雜環(huán)化合物：分子中含有碳原子和氧、氮、硫等其它原子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物叫雜環(huán)化合物。其中以五原子和六原子的雜環(huán)較穩(wěn)定。具有芳香性的稱作芳雜環(huán)。

鹵代烴：烴分子中一個(gè)或多個(gè)氫原子被鹵素原子取代而形成的化合物稱為鹵代烴。

醇：烴分子中的一個(gè)或幾個(gè)氫原子被羥基取代后的產(chǎn)物稱為醇（若苯環(huán)上的氫原子被羥基取代后不屬于此類，那個(gè)屬于酚類）。

芳香醇：系芳香烴分子中苯環(huán)的側(cè)鍵上的氫原子被羥基取代而成的物質(zhì)。如苯甲醇（亦稱芐醇）。

酚：芳香烴分子中苯環(huán)上的氫原子被羥基取代而成的化合物稱作酚類。

醚：醇或酚的衍生物，可視為醇羥基或酚羥基上的氫被烴基所取代的化合物。

醛：根據(jù)醛分子中醛基的數(shù)目，可分為一元醛、二元醛等芳香醛：分子中醛基與苯環(huán)直接相連而形成的醛，稱作芳香醛。

羧酸：分子中含有羧基的化合物稱為羧酸，根據(jù)羧酸分子中羧基的數(shù)目，可分為一元酸、二元酸、多元酸等。

羧酸衍生物：羧酸分子中羧基里的羥基被其它原子或原子團(tuán)取代而形成的化合物叫羧酸衍生物。

酯：羧酸分子和醇類反應(yīng)而形成的化合物 油脂：是高級(jí)脂肪酸甘油酯的總稱。在室溫下呈液態(tài)的叫 油，呈固態(tài)的叫作脂肪。若R、R、R"，相同，稱為單甘油酯;若R、R、R"，不同，稱為混甘油酯。天然油脂大都是混甘油酯。

硝基化合物：是烴分子中的氫原子被硝基-N02取代而形成的化合物，可用通式R-N02表示，R可以是烷基，也可以是苯環(huán)。如硝基乙烷CH3CH2N02。

2.有機(jī)物合成——切斷法

2.1 切斷法簡介

在工業(yè)生產(chǎn)中，原料及其選擇方法至關(guān)重要，有些甚至是起至關(guān)重要的作用。在有機(jī)反應(yīng)中，反應(yīng)的副產(chǎn)物是極為繁雜的，光是甲烷的氯代反應(yīng)就有五種產(chǎn)物，所以說控制條件是極為重要的。切斷法在應(yīng)用于大分子的合成中可以說是一件利器：原本的大型分子是極度復(fù)雜的，如果要是直接下手可能會(huì)無從下手，但是是可以可以通過小型分子的組合來組成這個(gè)目標(biāo)分子，這樣就一定程度上，就大大減小了對于合成的難度。

2.2切斷法的主要注意事項(xiàng)

切斷法主要是要用到親電加成，親核取代，化學(xué)選擇性，選擇性反應(yīng)和保護(hù)在合成設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意熟悉各大類有機(jī)反應(yīng)及其特點(diǎn)。如苯環(huán)上的各個(gè)官能團(tuán)的位置對其他氫的影響，還有各大催化劑帶來的效果，如鹵代芳香烴與金屬鋅化合物在鈀或鎳催化劑存在的條件下的偶聯(lián)反應(yīng)就遵循Negishi偶聯(lián)反應(yīng)。

2.3切斷法的主要流程

（1）分析

（a）辨認(rèn)并確定目標(biāo)分子中的官能團(tuán)（b）思考在哪里發(fā)生切斷，決定用哪一種切斷方式（c）對片段分析看是否需要進(jìn)行重復(fù)切斷從而獲得原料

（2）操作（a）根據(jù)要求寫出計(jì)劃及其需要的反應(yīng)及其條件（b）根據(jù)實(shí)際情況修改原定的計(jì)劃

2.4切斷法的原則：

（1）反應(yīng)先后原則

（a）考慮每個(gè)官能團(tuán)之間的相互影響（b）官能團(tuán)的變化顯著改變反應(yīng)活性

（c）難以引入的直接選擇帶這些基團(tuán)的原料（d）鄰位雙取代的化合物可以直接買到（e） 一些可以通過親核取代引入到苯環(huán)（f）盡量選擇產(chǎn)物單一的反應(yīng)

（2）化學(xué)選擇性

（a）反應(yīng)活性高的基團(tuán)優(yōu)先反應(yīng)

（b）如果反應(yīng)基團(tuán)可以連續(xù)反應(yīng)，第一次的反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)引起競爭關(guān)系

（c）上述不能解決的直接采用保護(hù)基

（d）存在兩個(gè)等同基團(tuán)時(shí)，采用多種方法控制使一種發(fā)生反應(yīng)

（3）極性的反轉(zhuǎn)和環(huán)化反應(yīng)

（4）保護(hù)基

（5）立體選擇性

（6）區(qū)域選擇性

（7）炔類的使用

（8）羰基縮合反應(yīng)導(dǎo)論

（9）羰基縮合的控制

（10）脂肪族硝基化合物在合成中的應(yīng)用

（11）合成中的自由基反應(yīng)

（12）重接借助碳碳雙鍵氧化斷裂以合成l，2和l，4-二羰基化合物

參考文獻(xiàn)：

[1]Stuart Warren Paul Wyaat.有機(jī)合成——切斷法科學(xué)出版社

[2]李艷梅，趙圣印，王蘭英有機(jī)化學(xué)（第二版）科學(xué)出版社