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《高等有机化学:反应与合成(第5版)》可供有机化学、药物化学和生物化学等专业的高年级本科生、研究生以及相关领域的科研人员参考。
内容简介
《高等有机化学:反应与合成(第5版)》是《高等有机化学:反应与合成(第5版)》的新版,自从1977年面世以来,《高等有机化学:反应与合成(第5版)》作为学科优选教材的地位一直没有动摇过,广泛地覆盖了有机化合物的结构、反应活性及合成。她的第五版相对2001年出版的第四版进行了大幅度的修订,更新了学科发展的相关资料,内容组织更加清晰明朗,特别是计算化学部分。通过控制反应而得到特定的合成是有机合成的全部目标。PartB在不同反应类型的基础上详尽地描述了最常见的和最有用的合成反应。每章后附有习题精选及解答习题的推荐参考文献。
内页插图
目录
Preface
Acknowledgment and Personal Statement
Introduction
Chapter 1. Alkylation of Enolates and Other Carbon Nucleophiles
Introduction
1.1. Generation and Properties of Enolates and Other Stabilized Carbanions
1.1.1. Generation of Enolates by Deprotonation
1.1.2. Regioselectivity and Stereoselectivity in Enolate Formation from Ketones and Esters
1.1.3. Other Means of Generating Enolates
1.1.4. Solvent Effects on Enolate Structure and Reactivity
1.2. Alkylation of Enolates
1.2.1. Alkylation of Highly Stabilized Enolates
1.2.2. Alkylation of Ketone Enolates
1.2.3. Alkylation of Aldehydes, Esters, Carboxylic Acids, Amides, and Nitriles
1.2.4. Generation and Alkylation of Dianions
1.2.5. Intramolecular Alkylation of Enolates
1.2.6. Control of Enantioselectivity in Alkylation Reac:ions
1.3. The Nitrogen Analogs of Enols and Enolates: Enamines and Imine Anions
General References
Problems
Chapter 2. Reactions of Carbon Nucleophiles with Carbonyl Compounds
Introduction
2.1. Aldol Addition and Condensation Reactions
2.1.1. The General Mechanism
2.1.2. Control of Regio- and Stereoselectivity of Aldol Reactions of Aldehydes and Ketones
2.1.3. Aldol Addition Reactions of Enolates of Esters and Other Carbonyl Derivatives
2.1.4. The Mukaiyama Aldol Reaction
2.1.5. Control of Facial Selectivity in Aldol and Mukaiyama Aldol Reactions
2.1.6. Intramolecular Aldol Reactions and the Robinson Annulation
2.2. Addition Reactions of Imines and Iminium Ions
2.2.1. The Mannich Reaction
2.2.2. Additions to N-Acyl Iminium Ions
2.2.3. Amine-Catalyzed Condensation Reactions
2.3. Acylation of Carbon Nucleophiles
2.3.1. Claisen and Dieckmann Condensation Reactions
2.3.2. Acylation of Enolates and Other Carbon Nucleophiles
2.4. Olefination Reactions of Stabilized Carbon Nucleophiles
2.4.1. The Wittig and Related Reactions of Phosphorus-Stabilized Carbon Nucleophiles
2.4.2. Reactions of a-Trimethyisilylcarbanions with Carbonyl Compounds
2.4.3. The Julia Olefination Reaction
2.5. Reactions Proceeding by Addition-Cyclization
2.5.1. Sulfur Yiides and Related Nucleophiles
2.5.2. Nucleophilic Addition-Cyclization of ot-Haloesters
2.6. Conjugate Addition by Carbon Nucleophiles
2.6.1. Conjugate Addition of Enolates
2.6.2. Conjugate Addition with Tandem Alkylation
2.6.3. Conjugate Addition by Enolate Equivalents
2.6.4. Control of Facial Selectivity in Conjugate Addition Reactions
2.6.5. Conjugate Addition of Organometallic Reagents
2.6.6. Conjugate Addition of Cyanide Ion
General References
Problems
Chapter 3. Functional Group Interconversion by Substitution, Including Protection and Deprotection
Introduction
3.1. Conversion of Alcohols to Alkylating Agents
3.1.1. Sulfonate Esters
3.1.2. Halides
……
Chapter 4. Electrophilic Additions to Carbon-Carbon Multiple Bonds
Chapter 5. Reduction of Carbon-Carbon Multiple Bonds, Carbonyl Croups, and Other Functional Groups
Chapter 6. Concerted Cycloadditions, Unimolecular Rearrangements, and Thermal Eliminations
Chapter 7. Organometallic Compounds of Group I and II Metals
Chapter 8. Reactions Involving Transition Metals
Chapter 9. Carbon-Carbon Bond-Forming Reactions of Compounds of Boron, Silcon, and Tin
Chapter 10. Reactions Involving Carbocations, Carbenes, and Radicals and Reactive Intermediates
Chapter 11. Aromatic Substitution Reactions
Chapter 12. Oxidations
Chapter 13. Multistep Syntheses
References
Index
前言/序言
深入探索现代有机合成的广阔图景:超越反应机理的视野 本书聚焦于有机化学的核心——反应与合成,但其立足点并非简单地罗列已知的化学转化或教科书式的机理推导。相反,它旨在为读者构建一个理解现代有机合成科学前沿与未来趋势的全面框架。本书内容围绕有机合成化学家在实验室和工业界面临的核心挑战、策略选择以及前沿技术应用展开,力求在深度和广度上为读者提供超越基础训练的洞察。 第一部分:合成设计的哲学与前沿策略 本部分着重探讨有机合成反应的设计哲学和高级策略应用,这是将基础反应知识转化为有效合成路线的关键。 1. 逆合成分析的深化与扩展: 传统的逆合成分析(Retrosynthesis)常被视为起点,但本书将深入探讨其在面对复杂天然产物和新型功能分子时的局限性与创新应用。我们将讨论如何整合拓扑学原理和分子骨架重排的直觉判断,将逆合成分析从线性分解提升为多路径、多维度的空间优化问题。重点关注如何利用偶联反应、环化反应的最新进展来反推那些在早期看似不可能的合成切入点。 2. 反应的“原子经济性”与可持续性驱动: 现代有机合成不再仅仅追求产率,可持续性已成为设计合成路线的内在驱动力。本章将详述如何量化和优化反应的原子经济性(Atom Economy),并引入E-Factor(环境因子)等指标。我们将考察一系列利用新型催化体系(如C-H活化、光氧化还原催化)的案例,这些案例展示了如何通过减少保护/脱保护步骤、避免使用计量比的有害试剂,从而实现真正“绿色”的合成流程。 3. 复杂分子构建中的立体化学控制范式: 立体化学控制是高级有机合成的试金石。本书超越了简单的对映选择性诱导,聚焦于动态动力学拆分(DKR)、手性池策略的优化以及不对称催化中配体设计的最新突破。特别地,我们将剖析如何通过空间位阻、电子效应的精妙调控,实现对非天然氨基酸、复杂糖链等结构中多个手性中心的同步、高选择性构建。 第二部分:关键反应工具箱的现代化升级 本部分集中梳理那些在过去十年中取得革命性进展的有机反应类型,强调其背后的新型催化剂体系和反应条件。 1. 过渡金属催化:从交叉偶联到定向官能团化: 虽然Suzuki、Heck等偶联反应已臻成熟,本书将把重点放在C-H键活化领域的前沿进展。讨论如何利用导向基团(Directing Groups)实现对惰性C-H键的选择性官能团化,以及这些技术如何颠覆传统的官能团转化顺序。深入分析钯、镍、铑等金属在脱氢偶联、烯烃三取代反应中的最新机制探索与应用。 2. 有机小分子催化(Organocatalysis)的成熟与拓展: 有机催化已从早期的醛/酮活化扩展到更复杂的转化。我们将详细介绍手性胺催化、氢键催化在构建复杂环状骨架中的应用。重点关注如何利用共价中间体和非共价相互作用,实现对高度官能团化底物的温和、高效转化,尤其是在串联反应(Tandem Reactions)中的集成应用。 3. 光氧化还原催化(Photoredox Catalysis)在新合成中的作用: 光化学不再是实验室的“异类”。本章深入探讨如何利用可见光驱动的单电子转移(SET)过程来构建在热力学上不利的自由基中间体。分析铱、钌配合物以及有机染料作为光催化剂的机制差异,以及它们在烷基化、芳基化和杂原子官能团化中的突破性应用,特别是它们在实现复杂分子后期官能团化(Late-Stage Functionalization)方面的巨大潜力。 第三部分:合成流程的集成与自动化前沿 本部分将视角从单个反应提升到整个合成路线的工程化与智能化管理。 1. 流程化学(Flow Chemistry)在复杂合成中的实施: 连续流化学(Flow Chemistry)是实现安全、高效和可放大合成的关键技术。本书将探讨如何将高危、高放热或需要精确停留时间控制的有机反应(如重氮化、叠氮化、高压氢化)转移到微反应器中。讨论多步反应的在线集成,以及如何利用流反应器实现对反应参数的实时、高精度调控,从而提高复杂分子的合成效率。 2. 自动化合成与人工智能辅助设计: 介绍机器人平台在有机合成中的应用现状,如何利用自动化平台进行高通量筛选催化剂和反应条件,以加速新反应的发现。更进一步,探讨机器学习(Machine Learning)模型如何被用于预测反应产物、优化逆合成路线的可行性,以及辅助设计具有特定性能的新型催化剂结构。这代表了有机合成向数据驱动科学转型的必然趋势。 3. 复杂天然产物的全合成策略回顾与展望: 通过选取近年来最具标志性、最能体现现代合成技术融合的全合成案例进行深度解析。这些案例将作为检验前述所有策略(从C-H活化到光催化、从流化学到自动化)的综合应用实例,揭示科学家如何将看似独立的化学工具融合成一个强大的、可执行的合成蓝图。 本书旨在成为一本引导读者从“知道反应”迈向“设计反应”的桥梁,强调批判性思维、跨学科知识的整合,以及对未来合成化学发展方向的深刻理解。