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第三章
第五节 有机合成
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第三课时
1.设计：进行合理的设计与选择。
【思考】在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法后
如何进一步确定有机合成路线呢？
2.操作实施：以较低的成本和较高的产率，
通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。
1.有机合成的分析方法
碳骨架和官能团等方面的异同的比较
基础原料
辅助原料
副产物
副产物
中间体
中间体
辅助原料
辅助原料
目标化合物
特点：从原料出发设计合成路线的方法步骤
（1）正向合成分析法
二、有机合成路线的设计与实施
（1）人们最初是通过发酵法由粮食制备乙酸，现在食醋仍主要以这种方式生产，工业上大量使用的乙酸是通过石油化学工业人工合成的。请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸，分析该合成过程中官能团的变化。
【思考与讨论】P87
CH2=CH2
中间体
H2O
CH3CH2OH
CH3CHO
辅助原料
Cu
辅助原料
H2O、催化剂
CH3COOH
基础原料
中间体
目标化合物
辅助原料
O2、催化剂
官能团的变化
碳碳双键→羟基→醛基→羧基
（2）目前已经出现了将乙烯直接氧化生成乙酸的工艺。假定该工艺涉及的反应和（1）中合成路线的每一步反应的产率均为70%，请计算并比较这两种合成路线的总产率。
（1）中合成路线生成CH3COOH的产率为70%×70%×70%＝34.3%，低于乙烯直接氧化成乙酸的产率（70%）
CH2=CH2
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
70%
70%
70%
CH2=CH2+O2
CH3COOH
催化剂
70%
【思考与讨论】P87
因此，合成步骤应尽可能少，以提高产率
乙二醇常用作汽车防冻液，请你以乙烯为基础原料合成乙二醇？
CH2 CH2
溴水
CH2 CH2
Br
Br
CH2 CH2
OH
OH
NaOH水溶液
加热
原料→中间产物→目标产物
CH2 CH2
CH2 CH2
OH
OH
练一练
诺贝尔化学奖与逆合成分析理论
1967年美国有机化学家科里(Elias James Corey)，他提出了具有严格逻辑性的“逆合成分析原理”，由于科里提出有机合成的“逆合成分方法”并成功地合成50多种药剂和百余种天然化合物，对有机合成有重大贡献，而获得1990年诺贝尔化学奖。
化学史话
对于复杂的有机物，用逆向倒推的方法合成。
先分析目标有机物的结构，将其分割成几个部分后分别进行合成，再进行组合拼装。
逆向合成思维
切割拼接法
甲基丙烯酸，是一种有机化合物，化学式为C4H6O2，为无色结晶性粉末或无色透明液体 ，溶于水，溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂，是重要的有机化工原料和聚合物的中间体。
练习：请以2—甲基丙烯为原料合成甲基丙烯酸？
从目标化合物出发，在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，目的是使得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物。
接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来。
依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。
1.有机合成的分析方法
二、有机合成路线的设计与实施
（2）逆向合成分析法
逆合成分析示意图
逆合成步骤的表示：可以用符号“ ”表示逆推过程，用箭头“→”
表示每一步转化反应。
把目标分子化学键切断，分解成不同的中间体
在何处切断？
官能团处
碳杂键处
（如C—N、C—O）
1.有机合成的分析方法
（2）逆向合成分析法
逆合成分析示意图
关键：
二、有机合成路线的设计与实施
(3) 综合比较法
采用综合思维的方法,将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较,从而得到最佳合成路线
典例：以乙烯为原料，合成乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料为例，说明有机合成路线的设计和选择。
C
O
C
O
OC2H5
OC2H5
C
O
C
O
OH
OH
CH3CH2OH
CH2
CH2
Cl
Cl
CH2
CH2
OH
OH
CH2=CH2
CH2=CH2
逆合成分析：
合成路线设计：
H2O
催化剂,△,加压
NaOH/水
△
Cl2
催化剂
△
催化剂
△
确定乙二酸二乙酯的基础原料为乙烯，通过以下5步反应完成合成：
CH2=CH2 + H2O
催化剂
Δ ，加压
CH3CH2OH
1.
CH2=CH2 + Cl2
CH2
CH2
Cl
Cl
2.
CH2
CH2
Cl
Cl
+ 2NaOH
H2O
Δ
CH2
CH2
OH
OH
+ 2NaCl
3.
CH2
CH2
OH
OH
+ 2O2
催化剂
Δ
HOOC-COOH
+ 2H2O
4.
HOOC-COOH + 2CH3CH2 OH
+ 2H2O
催化剂
Δ
H5C2OOCCOOC2H5
5.
【思考与讨论】P90
在实际工业生产中，乙二醇还可以通过环氧乙烷与水直接化合的方法合成，而环氧乙烷则可由乙烯直接氧化得到。请比较该方法与以上合成乙二酸二乙酯中的2、3两步反应，分析生产中选择该路线的可能原因。
CH2＝CH2
催化剂、△
O2
H2C—CH2
O
加压、△
H2O
CH2—CH2
OH
OH
①从原料成本的角度考虑，使用O2和H2O，比使用C12和NaOH成本更低；
②从原子利用率的角度考虑，环氧乙烷法没有副产物，原子利用率高；
③从环境保护的角度考虑，C12有毒，NaOH有腐蚀性，对环境不够友好。
(5) 在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念等。
(1)步骤较少，副反应少，反应产率高（原子利用率高）；
(2)原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒；
(3)反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯；
(4)污染排放少；
2.设计合成路线的基本原则
二、有机合成路线的设计与实施
隐形眼镜
原料：乙烯、丙酮、溴、HCN
信息：
请设计合成聚甲基丙烯酸羟乙酯路线图。
聚甲基丙烯酸羟乙酯
CH2＝CH2
HCN
原料：乙烯、丙酮、溴、HCN
信息：
0
柳树的根、皮、枝、叶均可入药，有清热解毒、防风利尿的功效。
1838年意大利化学家皮里亚从柳树皮中分离出了消炎止痛的有效成分——水杨酸。
水杨酸
2-羟基苯甲酸
请以甲苯或苯酚为原料设计合成水杨酸的路线。
已知：
＋CH3Br
＋HBr
练一练
德国著名化学家科尔贝
1818年9月27日出生
最早使用“合成”(synthesis) 这个词表示现代意义上的有机合成。
1860年由酚和二氧化碳合成水杨酸称为柯贝尔--施密特反应。
早期搞有机合成的人之一。1845年他用二硫化炭、氯气和水合成醋酸。
此反应使水杨酸能大量制造，这最终导致著名的药物----乙酰水杨酸(阿司匹林)的廉价生产。
科学家简介
科尔贝于1859年提出的方法：
请你评价三种方法。
对位产物，需提纯
碳溴键水解相对困难
科尔贝法步骤少，原料CO2成本低
对位产物，需提纯
水杨酸用于治疗关节炎引起的疼痛及流感引起的发热。
副作用
——酸性使胃酸反流，胃部有灼热感，苦不堪言。
费利克斯·霍夫曼
1894年，德国拜耳公司的费利克斯·霍夫曼，改进了水杨酸的结构，制得了
生活中的化学
1897年8月，霍夫曼用水杨酸与乙酸酐制备了阿司匹林
资料在线
1971年，英国药理学家John在《科学》上发表文章，阐述了阿司匹林的作用机理，这一研究成果获得了1982年诺贝尔医学奖。
阿司匹林为什么会治病？
范恩 John Robert Vane （1927-2004）
身边的化学
阿司匹林的副作用——长效缓释阿司匹林的合成
阿司匹林存在问题——由于具有抗凝血功能，长期服用会引发消化道出血。
具有抗凝血功能，阿司匹林可作为抗血栓的药物，但给药量要减少，且不能被人体快速吸收，需要缓慢吸收，才能达到长时间预防血栓的作用。
1982年，拜尔公司将阿司匹林与聚甲基丙烯酸羟乙酯反应，得到了缓释阿司匹林，作为抗血栓的长效药使用，且减少了每天吃药的次数。
身边的化学
缓释阿司匹林
请以阿司匹林、丙酮、乙二醇为原料合成缓释阿司匹林，画出合成路线。
已知：
思考与讨论
逆向合成分析
阿司匹林
扑热息痛
请你发挥你的智慧合成一种新药，同时具有以上二种药物的功能。
阿司匹林
扑热息痛
贝诺酯
画出合成新药的合成路线图。
已知：
RCOOH RCOCl
(亚硫酰氯）
贝诺酯的优点？
贝诺酯修饰了阿司匹林羧基，减轻了对胃部的刺激性。
贝诺酯在人体内水解产生2种药物，同时发挥作用。
贝诺酯水解需一定的时间，起到了缓释的作用，延长了作用时间。
课堂评价
请设计以甲苯为原料合成苯甲酸苯甲酯的合成路线，苯甲酸苯甲酯结构如下：
1.（课本92页第5题）苯甲酸苯甲酯(水仙花香料)：存在于多种植物香精中，它除了可以用作香精、食品添加剂以及一些固体香料的溶剂，还可以用作塑料、涂料的增塑剂。此外具有杀火虱、蚤和疥虫的作用，并且不刺激皮肤，无异臭和油腻感，可用于治疗疥疮。
分析:
课堂评价
请设计以甲苯为原料合成苯甲酸苯甲酯的合成路线，苯甲酸苯甲酯结构如下：
1.（课本92页第5题）苯甲酸苯甲酯(水仙花香料)：存在于多种植物香精中，它除了可以用作香精、食品添加剂以及一些固体香料的溶剂，还可以用作塑料、涂料的增塑剂。此外具有杀火虱、蚤和疥虫的作用，并且不刺激皮肤，无异臭和油腻感，可用于治疗疥疮。
合成路线:
路线1：步骤多，反应条件复杂，成本高，且使用较多的Cl2，不利于环境保护
路线2：步骤少，反应条件简单，成本低，且使用Cl2较少
思考：以下为合成苯甲酸苯甲酯的两种路线，哪种方案更科学？
Cl2/光照
NaOH/H2O
浓H2SO4/△
[O]
[O]
KMnO4/H+
Cl2/光照
NaOH/H2O
浓H2SO4/△
路线一
路线二
氟他胺
2.（课本92页第7题）氟他胺是一种抗肿瘤药，在实验室由芳香烃A制备氟他胺的合成路线如下所示：
（1）芳香烃A的名称是 。
甲苯
（2）反应③、④的反应类型： 、 。
取代反应
还原反应
课堂评价
（3）写出反应⑤的反应方程式；吡啶是一种有机碱，其在反应⑤中的作用？
吡啶作用：吸收产生的HCl，提高反应物转化率
（4）设计合成路线：以苯甲醚 为原料制备对甲氧基乙酰苯胺
浓硫酸
浓硝酸
Δ
Fe/HCl
CH3COCl
吡啶
有机合成常用装置
球形冷凝管
温度计
恒压滴液漏斗
三颈烧瓶
课堂小结
有机合成方法
基础原料
中间体
中间体
目标化合物
3.合成路线的要求：
a.条件温和
b.产率较高
c.路线较短
d.原料低廉、低毒、低污染
2.逆合成分析法：
基础原料
中间体
中间体
目标化合物
1.正向合成分析法
1.写出由乳酸(CH3CHOHCOOH) 制备HOOCCOCOOH的路线。
课堂练习
1.写出由乳酸(CH3CHOHCOOH) 制备HOOCCOCOOH的路线。
课堂练习
2.请你用原料库中的原料，写出合成下图有机物的逆合成分析思路。
2,3－二溴丁烷发生消去反应生成1,3－丁二烯。
有机原料库
苯、甲苯、乙烯、丙烯、乙炔、2—丁烯
资料在线
课堂练习
有机原料库
苯、甲苯、乙烯、丙烯、乙炔、2—丁烯
3.写出由乙烯、甲醇为有机原料制备化合物 的合成路线流程图(无机试剂任选)。
课堂练习
4.苯乙酸乙酯是一种常见的合成香料。请设计合理方案以苯甲醛和乙醇为原料合成苯乙酸乙酯（用合成路线流程图表示，并注明反应条件）。
提示：
①R—Br＋NaCN→R—CN＋NaBr
②合成过程中无机试剂任选
③合成路线流程图示例如下
课堂练习
CH3CH2OH
5.已知：
（R表示烃基，R'和R"表示烃基或氢）
写出以 和CH3CH2CH2OH为原料制备 的合成路线流程图（无机试剂和有机溶剂任用）
R—Cl
RMgCl
课堂练习
CH3CH2CH2OH
R—Cl
RMgCl
CH3CH2CHO
CH3CH2CH2OH
CH3CH2CH2OH
CH3CH2CHO

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