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第三节 有机合成设计
课时1 有机合成设计
第五章 药物合成的重要原料
——卤代烃、胺、酰胺
学习目标
1.认识同一分子中官能团之间存在相互影响。
2.能基于官能团、化学键的特点与反应规律分析和推断含有典型官能团的有机化合物的化学性质。根据有关信息书写相应的反应式。
3.认识加成、取代、消去反应及氧化还原反应的特点和规律。了解有机反应类型和有机化合物组成结构特点的关系。
4.认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化。
5.了解设计有机合成路线的一般方法。
制备天然有机物，以弥补自然资源的不足；
对天然有机物进行局部的结构改造和修饰，
使其性能更加完美。
有机合成化学工业的发展
有特定性质的、自然界并不存在的有机物，以满足人类的特殊需要。
有机合成化学工业的发展
有机合成化学工业的发展
有机合成的威力是在“老的自然界旁边”建立起一个“新的自然界”。
有机化学家伍德沃德
概念
有机合成就是利用简单、易得的原料，通过一系列有机化学反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物的过程。
任务
目标化合物分子骨架的构建和官能团的转化。
有机合成化学工业的发展
一、有机物基团间的相互影响
实验现象：
开始时两试管中NaOH溶液的pH相同；
加入乙醇的试管中pH不变，而加入苯酚的试管中pH减小。
一、有机物基团间的相互影响
微观解释：
苯酚分子中的苯基影响了与其相连的羟基上的氢原子，促使它比乙醇分子中羟基上的氢原子更易电离。
-OH
-O-
+ H+
苯酚空间填充模型
一、有机物基团间的相互影响
比较苯和苯酚的溴代反应
苯 苯酚
反应物 __________ ____________
反应条件 __________ _____
被取代的H数 ___ ___
反应速率 ____ ____
微观解释 苯、液溴
苯酚、溴水
常温
3
快
慢
1
Fe、常温
羟基影响了与其相连的苯基上的氢原子，使邻、对位的氢原子更活泼，更容易被其他原子或原子团取代。
有机化合物分子中基团之间是相互影响和相互制约的。
一、有机物基团间的相互影响
如乙醇在浓硫酸催化作用下，加热到140 ℃时主要发生分子间脱水生成乙醚，而加热到170 ℃时主要发生分子内脱水生成乙烯。
反应条件对有机反应的影响
(1)烷烃、烯烃、苯与溴的反应
烷烃与液溴在光照条件下发生取代反应，与溴水不反应；
烯烃与溴水、溴的四氯化碳溶液发生加成反应，使溴水褪色；
苯与液溴在FeBr3作催化剂条件下发生取代反应。
一、有机物基团间的相互影响
乙醇在浓H2SO4作用下，140 ℃发生分子间脱水生成乙醚，在170 ℃发生分子内脱水生成乙烯。。
有机反应中常用到催化剂，选择合适的催化剂，加快反应速率，如乙醇氧化时选用Cu、Ag作催化剂，乙烯与H2加成时选择Ni作催化剂，酯化反应选择浓H2SO4作催化剂。
反应条件对有机反应的影响
(2)乙醇失水的反应
(3)催化剂对反应的影响
一、有机物基团间的相互影响
卤代烃的水解选择NaOH水溶液加热反应，
而消去反应选择NaOH醇溶液加热反应，其中醇作溶剂。
有机溶剂对反应的影响
典例解析
例1 下列说法不符合事实的是(　　)A．苯酚的水溶液呈酸性，说明苯环对羟基有影响，使羟基变得活泼B．甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，说明苯环活化了甲基C．苯酚和溴水发生反应产生沉淀，说明苯环对酚羟基产生影响D．甲苯和浓硝酸、浓硫酸发生反应生成2，4，6-三硝基甲苯，说明甲基活化了苯环的邻、对位的氢原子
C
二、重要有机物之间的相互转化
烃的衍生物之间的转化关系
二、重要有机物之间的相互转化
在一定条件下官能团发生的变化。
实质
备解热镇痛药“扑热息痛”（对乙酰氨基酚）合成过程
三、有机合成的一般过程
有机合成的任务
目标化合物分子碳骨架的构建
官能团的引入和转化
C=C
R-OH
R-X
R-C-H
R-C-OH
O
O
三、有机合成的一般过程
有机合成的关键是通过有机反应构建目标化合物的分子骨架，并引入或转化所需要的官能团。
1、官能团的引入
①引入碳碳双键
卤代烃的消去：
CH3CH2 OH
浓硫酸
170℃
CH2=CH2↑
+H2O
醇
△
CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O
CH3CH2Br +NaOH
醇的消去：
-C C-部分加成：
CH≡CH + HBr CH2=CHBr
催化剂
△
三、有机合成的一般过程
②引入 卤素原子：
烷烃/苯/苯的同系物卤代
不饱和烃与HX或X2加成
醇与HX取代
-C=C-
H-C-C-X
HX/催化剂
△
-C=C-
X-C-C-X
X2
浓HX
-C-X
-C-OH
X2
光照
-C-X
-C-H
（特定情况下）
产物有多种，不常用
FeX3
X
甲苯、丙烯等分子的甲基上引入卤原子
三、有机合成的一般过程
③引入 羟基 –OH ：
烯烃 与H2O加成
卤代烃 水解
酯 水解
醛/酮与H2加成
CH2＝CH2＋H2O CH3CH2OH
催化剂
加热加压
C2H5Br＋NaOH
C2H5OH＋NaBr
水
△
CH3CHO＋H2 CH3CH2OH
催化剂
Δ
稀H2SO4
CH3COOH＋C2H5OH
CH3COOC2H5＋H2O
△
三、有机合成的一般过程
醇的催化氧化
⑤引入 羧基 –COOH ：
醛的氧化
酯的水解
苯的同系物的氧化
④ 引入 醛基 –CHO 或 – C – ：
O
三、有机合成的一般过程
　　 ①消除C＝C、C≡C或苯环：加成反应。
　　 ②消除羟基(－OH)：消去反应、催化氧化、酯化反应。
　　 ③消除醛基(－CHO)：加成反应、催化氧化。
　　 ④消除卤原子(－X)：消去反应、水解反应。
2、官能团的消除
三、有机合成的一般过程
3、有机合成中常见官能团的保护
(1)(酚)羟基的保护：因(酚)羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH溶液反应，把—OH变为—ONa(或使其与ICH3反应，把—OH变为—OCH3)将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为—OH。
三、有机合成的一般过程
(2)碳碳双键的保护：碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
(3)氨基(—NH2)的保护：如在对硝基甲苯合成(――→)对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH之后，再把—NO2还原为—NH2。防止当KMnO4氧化—CH3时，—NH2(具有还原性)也被氧化。
三、有机合成的一般过程
有机合成遵循的原则
尽量选择步骤最少的合成路线——以保证较高的产率。
起始原料要廉价、易得、低毒、低污染——通常采用4个C以下的单官能团化合物和单取代苯。
满足“绿色化学”的要求。
操作简单、条件温和、能耗低、易实现。
尊重客观事实，按一定顺序反应。
三、有机合成的一般过程
有机合成过程示意图
1、正合成分析法
三、有机合成的一般过程
例:以 为基础原料，无机原料可以任选，合成
浓硫酸/△
NaOH溶液
△
Cl2 光照
CH3
C-
O-CH2
=
O
C-
O-CH2
=
O
CH3
CH2Cl
CH2OH
CHO
COOH
催化剂
△
催化剂
△

三、有机合成的一般过程
2、逆合成分析法
采用逆向思维方法，从目标化合物的组成、结构、性质入手，找出合成所需要的直接或间接的中间原料，逐步推向已知原料，其思维程序：
三、有机合成的一般过程
伊莱亚斯 ● 詹姆斯 ● 科里
Elias James Corey
1967年提出了“逆合成分析原理”，将有机合成路线设计技巧艺术的变成了有严格思维逻辑的科学。他所提出的有机合成理论及方法，促进了有机合成化学的飞速发展，获得了1990年诺贝尔化学奖。
三、有机合成的一般过程
2 C2H5OH
C——OC2H5
C——OC2H5
O
O
C—— OH
C—— OH
O
O
+
如：以乙烯为原料合成草酸二乙酯
草酸二乙酯分子中含有两个酯基，按照酯化反应的规律，我们将酯基断开，可以得到草酸和两分子的乙醇。说明目标化合物可由两分子的乙醇和一分子草酸通过酯化反应得到。
三、有机合成的一般过程
CH2—OH
CH2—OH
根据学过的知识，羧酸可以由醇氧化得到，草酸的前一步的中间体应该是乙二醇。
C—— OH
C—— OH
O
O
乙二醇的前一步中间体是1,2-二氯乙烷，1,2-二氯乙烷则可以通过乙烯的加成反应得到。
CH2—OH
CH2—OH
CH2—Cl
CH2—Cl
CH2
CH2
三、有机合成的一般过程
以乙烯为原料合成草酸二乙酯路线：
H2O
催化剂
Cl2
NaOH,H2O
△
C2H5OH
CH2—Cl
CH2—Cl
CH2—OH
CH2—OH
O2,Cu
△
CHO
CHO
O2
COOH
COOH
浓硫酸
△
三、有机合成的一般过程
根据有机反应的特点，每一步反应一般产率都不是百分之百，在有机合成的多步反应过程中，每一步反应都有各自的产率，不同步骤的产率都会对目标产物的最终产率带来影响。
H2C=C—COOH
CH3
A
B
C
93.0%
81.7%
85.6%
90.0%
总产率= 93.0%×81.7%×90.0%×85.6%=58.54%
多步合成产率的计算方法：
①
②
③
④
产物N
多步递进反应的总产率，等于每一步反应产率的乘积。
典例解析
例2 请用合成反应流程图表示出由有机物 和其他无机物合成
最合理的方案(不超过4步)。
合成路线为：
课堂小结
有机物基团间的相互影响
有机合成的一般过程
不良反应
基团间的相互影响
反应条件对有机反应的影响
有机溶剂对反应的影响
官能团的引入、消除和保护
正合成分析法
逆合成分析法
重要有机物之间的相互转化
随堂练习
随堂练习
随堂练习
谢谢观看
THANKS

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