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(共40张PPT)
第五节　有机合成
第2课时　有机合成路线的设计与实施
第三章　烃的衍生物
1.能利用碳骨架的构建及官能团转化过程中的反应规律进行有机物的推断与合成(重点)。
2.落实有机物分子结构分析的思路和方法，建立对有机反应多角度认识模型，并利用模型进一步掌握有机合成的思路和方法，能用“绿色化学”的理念指导合成路线的选择(难点)。
[学习目标]
新课导入
多姿多彩的有机材料
19世纪20年代
德国·维勒首次人工合成有机物尿素
颠茄酮
20世
纪初
维尔施泰特通过十余步反应合成颠茄酮，总产率仅有0.75%。十几年后，罗宾逊仅用3步反应便完成合成，总产率达90%。
20世纪中后期
伍德沃德与多位化学家合作，成功合成了奎宁、胆固醇、叶绿素、红霉素、维生素B12等一系列结构复杂的天然产物，促进了有机合成技术和有机反应理论的发展。
后续
科里提出了系统化的逆合成概念，开始利用计算机来辅助设计合成路线。让合成路线的设计逐步成为有严密思维逻辑的科学过程，使有机合成进入了新的发展阶段。
有机合成的发展史
化学史实
温故知新
有机合成
合成的任务
构建碳骨架
增长和缩短、成环等过程
官能团的引入、转化、消除及保护
合成路线的设计
原则
成本低、产率高
环境友好、路线短
方法
正向、逆向设计合成路线
碳骨架构建
官能团转化
有机合成路线的确定
进行合理的设计与选择
较低的成本和较高的产率
简便而对环境友好的操作得到目标产物
有机合成路线的设计模型
模型构建
一、正合成分析法
1.正合成分析法
简单、易得
碳骨架和官能团等方面的异同的比较
增加一段碳链或连上一个官能团
基础原料通过有机反应形成一段碳链或连上一个官能团，合成第一个中间体；
在此基础上，利用中间体的官能团，加上辅助原料，进行第二步反应，合成出第二个中间体……
经过多步反应，最后得到具有特定结构和功能的目标化合物。
模型构建
一、正合成分析法
1. (1)食醋的主要成分是乙酸，主要通过发酵法由粮食制备。工业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。
CH2=CH2
(原料)
中间体1
中间体2
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
(目标产物)
催化剂、△
Cu、△
催化剂、△
基础原料
中间体1
目标化合物
中间体2
2.正向合成路线的表示方法
注意　表示合成步骤时，用箭头“→”表示每一步反应。
试剂
试剂
条件
条件
思考交流
一、正合成分析法
(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。
方法2乙烯直接氧化生成乙酸合成路线更优
CH2=CH2
(原料)
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
(目标产物)
催化剂、△
Cu、△
催化剂、△
CH2=CH2
(原料)
CH3COOH
(目标产物)
催化剂、△
方法1产率= 70% × 70% × 70% =34.3%
方法2产率= 70%
>
思考交流
一、正合成分析法
2. 请用流程图表示出最合理的合成路线。
(1)将乙醇转化成乙二醇(改变官能团的数目)。
(2)将1-丙醇转化成2-丙醇(改变官能团的位置)。
CH3CH2
CH2=CH2
170 ℃
△
—
CH2—CH2
Br Br
—
—
CH2—CH2
OH OH
—
CH3CH2CH2
CH3CH=CH2
△
CH3CH—CH3
Br
—
一定条件
CH3CH—CH3
OH
—
思考交流
二、逆合成分析法
以乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料的合成为例，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
中间体1
中间体2
中间体3
中间体4
CH2=CH2
CH2
CH2
OH
OH
CH2
CH2
Cl
Cl
CH2=CH2
①
②
③
④
⑤
优先在官能团\碳杂键(如C—O)处切断
目标化合物
1.逆合成分析法
中间体1
中间体2
基础原料
……
探究导学
二、逆合成分析法
2.逆合成分析路线的表示方法
逆合成分析步骤的表示：可以用符号“ ”表示逆推过程。
基础原料
中间体1
目标化合物
试剂
试剂
条件
条件
……
试剂
条件
逆合成合成步骤的表示：用箭头“→”表示每一步转化反应。
基础原料
中间体1
目标化合物
中间体2
试剂
试剂
条件
条件
探究导学
二、逆合成分析法
以乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料的合成为例，说明有机合成路线的设计和选择。
①
②
③
④
⑤
相关反应：
①CH2=CH2 + H2O CH3CH2OH
催化剂
高温、高压
②CH2=CH2 + Cl2
CH2Cl
—
CH2Cl
③ + 2NaOH
H2O
△
CH2Cl
—
CH2Cl
+ 2NaCl
CH2OH
—
CH2OH
探究导学
CH2OH
—
CH2OH
④
+2O2
△
COOH
—
COOH
＋2H2O
COOH
—
COOH
+ 2CH3CH2OH
⑤
△
COOC2H5
—
COOC2H5
＋2H2O
二、逆合成分析法
1.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。
①
②
③
④
⑤
路线二：
路线一：
②CH2=CH2 + Cl2
CH2Cl
—
CH2Cl
③ + 2NaOH
H2O
△
CH2Cl
—
CH2Cl
+ 2NaCl
CH2OH
—
CH2OH
思考交流
路线一 路线二
原料
原子利用率
环境保护
二、逆合成分析法
Cl2、NaOH
O2、H2O，廉价易得
③为取代反应有副产物，原子利用率低。
原子利用率100%
Cl2有毒、 NaOH有腐蚀性的，对环境不够友好
O2、H2O无毒无腐蚀性的，对环境友好
思考交流
二、逆合成分析法
3.合成路线设计应遵循的原则
(1)合成步骤较少，副反应少，反应产率高。
(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，要贯彻“绿色化学”理念，选择最佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。
归纳小结
二、逆合成分析法
利用逆合成分析法设计有机合成路线的一般程序
观察目标化合物的分子结构
由目标化合物逆推原料分子并设计合成路线
碳骨架特征，官能团种类和位置
碳骨架构建，官能团的引入或转化
对不同的合成路线进行优选
以绿色合成思想为指导
思维建模
二、逆合成分析法
下列有关该合成路线的说法正确的是
A.反应①的反应条件为NaOH的水溶液、加热
B.A分子中所有碳原子不可能共平面
C.B和C分子中均含有1个手性碳原子
D.反应③为加成反应
√
NaOH的乙醇溶液、加热
苯分子和碳碳双键均是平面形结构，通过碳碳单键可旋转至共平面
*
*
卤代烃的水解反应属于取代反应
思考交流
二、逆合成分析法
3.以CH2=CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计合成CH2=CHCOOH的路线流程图(已知CH2==CH2可被氧气催化氧化为 )，通过此题的解答，总结设计有机合成路线需注意的情况(至少写2条)。
CH2=CHCH2OH
CH3CHClCH2OH
催化剂、△
H+
CH3CHClCOOH
CH2=CHCOONa
CH2=CHCOOH
设计有机合成路线时要选择合适的反应条件、并注意官能团的保护。
思考交流
三、常见有机物合成路线设计
1.一元合成路线
卤代烃
一元醇
一元醛
一元羧酸
酯
HX
R—CH=CH2
R—CH2CH2—X
NaOH水溶液
△
R—CH2CH2—OH
[O]
R—CH2CHO
[O]
R—CH2COOH
醇、浓硫酸
△
资料卡片
三、常见有机物合成路线设计
2.二元合成路线
二元醇
二元醛
二元羧酸
链酯、环酯、聚酯
X2
CH=CH2
X—CH2CH2—X
NaOH水溶液
△
HO—CH2CH2—OH
[O]
OHC—CHO
[O]
HOOC—COOH
浓硫酸
△
卤代烃
资料卡片
三、常见有机物合成路线设计
3.芳香族化合物合成路线
CH2OH
NaOH水溶液
△
CHO
[O]
COOH
[O]
芳香酯
浓硫酸
醇、△
Cl
Cl2
FeCl3
②
OH
① NaOH水溶液、 △
② H+
CH3
CH2Cl
光照
Cl2
①
资料卡片
随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展，有机合成技术和效率不断提高，利用计算机辅助设计合成路线，让合成路线的设计逐步成为严密思维逻辑的科学过程。
实验室有机合成常用的装置：
资料卡片
工业化合成使用的反应釜
有机合成路线的基本流程
明确目标化合物的结构
设计合成路线
碳骨架构建和官能团转化
对样品进行结构测定试验其性质或功能
合成目标化合物
大量合成
优化方案
科学性
可行性
安全性
简约性
依据
课堂小结
1.(2023·昆明高二检测)由1-氯环己烷( )制备1,2-环己二醇( )
时，需要经过下列哪几步反应
A.加成→消去→取代 B.消去→加成→取代
C.取代→消去→加成 D.取代→加成→消去
√
自我测试
Cl
Cl
Cl
OH
OH
自我测试
2.根据下面合成路线判断烃A为
A.1-丁烯 B.1,3-丁二烯
C.乙炔 D.乙烯
√
HOCH2CH2OH
BrCH2CH2Br
CH2=CH2
醚键
自我测试
3.有机合成在创新药研发中应用十分广泛，有机化合物F是目前最好的前列腺抗癌药物，其合成路线如右：
已知：①取代基—CH3可表示为Me；
自我测试
(1)下列说法正确的是____(填字母)。
A.A→D的反应类型分别是取代反应、
还原反应、氧化反应
B.化合物F的分子式为C21H16N4O2F4S
C. 中有手性碳原子
D.由甲苯合成A的过程是先将甲苯氧
化为苯甲酸，然后再进行卤代
B
均为取代反应
√
均为甲基，无手性碳原子
由已知信息③可知，甲苯 A物质
F2、Br2
Fe
酸性KMnO4溶液
自我测试
(2)写出由甲苯合成 的路线图，条件不用标出，无机化合物任选。
Fe
H+
本节内容结束
有机合成路线的确定，需要在掌握 构建和 转化基本方法的基础上，进行合理的设计与选择，以较低的 和较高的 ，通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。有机合成路线的分析方法包括从原料出发来分析的 分析法及从目标化合物出发进行的 分析法。
碳骨架
官能团
成本
产率
正合成
逆合成
目标一 答案
1.正合成分析法
(1)单官能团合成
(2)双官能团合成
醇 醛 酸
HOCH2—CH2OH
OHC—CHO
HOOC—COOH
目标一 答案
(3)芳香族化合物合成
目标一 答案
2.合成路线的表示方法
有机合成路线用反应流程图表示。
注意　表示合成步骤时，用箭头“→”表示每一步反应。
目标二 答案
1.逆合成分析法
表示逆合成时，常用符号“ ”表示逆推过程。
目标二 答案
2.逆合成分析法示例
由“逆合成分析法”分析由乙烯合成乙二酸二乙酯。
(1)分析如下：
根据以上逆合成分析，可以确定合成乙二酸二乙酯的有机基础原料为乙烯(CH2==CH2)，通过5步反应进行合成，写出反应的化学方程式：
目标二 答案
①_____________________________；
②__________________________________________；
③__________________________________________；
④____________________________________；
CH2==CH2＋Cl2―→
目标二 答案
⑤_________________________________________________________。
＋2CH3CH2OH
＋2H2O
(2)合成路线如下：
注意　上述合成路线中 也可以先氧化为OHC—CHO，再氧
化为HOOC—COOH。
目标二 答案
3.合成路线设计应遵循的原则
(1)合成步骤 ，副反应 ，反应产率 。
(2)原料、溶剂和催化剂尽可能 、 。
(3)反应条件 ，操作 ，产物易于 。
(4)污染排放 ，要贯彻“ ”理念，选择最佳合成路线，
以 的经济成本和环境代价得到目标产物。
较少
少
高
价廉易得
低毒
温和
简便
分离提纯
较低
少
绿色化学
目标二 答案
4.有机合成的发展及价值
(1)发展：从生物体内提取有机物→人工设计并合成有机物→计算机辅助设计合成有机物。
(2)价值：为化学、生物、医学、材料等领域的研究和相关工业生产提供了坚实的物质基础，有力地促进了人类健康水平提高和社会发展进步。

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