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1、,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,第一章,总 论,一、有机合成 任务实现有价值的已知,化合物的高效生产；,创造亲新的有价值,的物质与材料。有机合成为人们提供了各种各样的有机化学品，如 医药、农药、染料、表面活性剂、粘合剂等。CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,有机合成的目的,合成一些特殊的、新的 有机化合物，探索一些、 的合成路线或研究其他理,论问题，即实验室合成。为这 一目的所需要的物质的量较
2、少，,但纯度要求较高。,为了工业上大量生产，即工业 化合成。成本问题非常重要。,有机合成的发展,有机合成发展时期CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,19世纪和20世纪前半叶初创期,20世纪4060年代艺术期,20世纪6090年代科学和艺术融合期,90年代至今创造新功能分子时期,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,5,初创期（19世纪和20世纪前半叶）这时有机合成的方法大多是偶然或碰巧发现的。1828年法国化学家武勒用氰酸铵的水溶液加热 得到尿素，否定了生命力学说，肯定了有机物可以 人工合
3、成。建立了有机结构理论，包括碳的四价和成键、 苯的结构、碳价键的正四面体构型三个中心内容。1856年，18岁的英国学生Perkin试图用铬酸氧 化从煤焦油中提取烯丙基对甲苯胺合成抗疟疾的药物奎宁：2 C10H13N + K2Cr2O7 C20H24N2O2 + H2O但是没有成功，却意外得到了第一个人工合成的染料苯胺紫。,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,6,初创期（19世纪和20世纪前半叶）今天，我们有了关于化学结构的知识，知道当年 Perkin的实验当然不会成功。,Perkin虽然没有制造出奎宁来，却获得了合成苯胺 紫的发明专利。18
4、57年，Perkin在哈罗建立了世界上第 一家生产苯胺紫的合成染料工厂，并因此成为世界巨富。在Perkin之后，化学家们纷纷进行有意识地探索和 试验，偶氮、菁、靛族、杂环等等结构的人工合成染料,不断问世。,NH2,CH3,OH,N,N,HC,N,CH3,H2N,N H,CH3,+ N,烯丙基对甲苯胺,奎宁,苯胺紫,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,7,艺术期（20世纪4060年代）到了20世纪上半叶，由于初步确立了化学结构理论，逐渐建立了通过有机化学反应的规律来进行有机合成的研究。因此合成出了血红素、颠茄酮（16步法）、马萘雌酮等。前两个
5、化合物的合成者是Nobel化学奖的获得者。在19451960年，出现了许多复杂分子的高度精巧的合成方法。如人工合成了维生素B12。我国化学家在这个时期也对有机合成做出了贡献，如黄鸣龙反应和牛胰岛素的全合成等。这个时期，有机合成化学家几乎可以随心所欲地合成任何分子。,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,8,艺术期（20世纪4060年代）,NCH3,O,颠茄酮,血红素,牛胰岛素的一级结构,9,科学和艺术融合期（20世纪6090年代）,在完成了大量天然产物分子的全合成后，美国哈 佛大学的E.J.Corey提出了反合成分析概念，即逆向合 成法。以后
6、，化学工作者们利用此方法合成了海葵毒 素、紫杉醇等药物，我国化学工作者合成出了青蒿素 等。青蒿素是一种从我国传统中草药青蒿中分离得到 的一种具有治疗疟疾药效的化合物，是由我国合成化 学和药物化学家自主开发出的具有高效、快速、低毒 和抗耐药性的抗疟疾新药，它对疟原虫红细胞内型无 性体具有高效、快速的杀灭作用，目前在国内外广泛 地用于疟疾的治疗。,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,科学和艺术融合期（20世纪6090年代）,H,H3C,CH3H,HH CH
7、3,OOO,O OH,青蒿素,紫杉醇,12,BrMg,O,O,_+,+,+,+_,_,+_,_,+,科学和艺术融合期（20世纪6090年代）1972年 Corey (哈佛,科里) 创造了逆合成分析法。他进 行复杂反应的创造性合成设计。O,O,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGYO,EtO,O,+ OEt,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,13,创造新功能分子时期(90年代至今）近几年来，有机合成地研究目标从天然产物向非天然产物的方向 发展。生物合成法在有机合成中的应用越来越受重视，另一方
8、面新材料 科学的发展也较快。现在还可采用催化剂的合成和组装出复杂功能的 分子。有机合成从“认识”更多转向“改造”和“创新”。2001年Nobel化学奖的获得者野依良治博士说：“有机合成有两大 任务，一是实现有价值的已知化合物的高效率生产；一是创造新的有 价值的物质和材料。有时需要多个学科，例如生物科学和技术的合作 才能达到。”目前有机合成有两种发展方向：一是组合化学的产生（将几批合 成试剂和中间体分子以不同方式排列组合而一次性获得成千上万个化 合物的自动化合成方法）；一是利用计算机辅助合成设计路线，实验 室通风橱计算机三位一体的新实验室将普及应用。但是，在发展过程中应注意保护生态环境和保持可持
9、续发展。因 此，我们倡导“绿色有机合成”，最大程度地降低对环境的消极影响。,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,基本有机合成,利用化学的方法将价廉易得的天然资源(如煤、石油、农产品等） 及其初步加工产品为原料，经过加工成最基本的有机原料，然后 再合成合成为重要的有机原料。,有机合成的分类,近年来，随着精细化工在化学工业中的比重不断加大，精细有,机合成技术也显得越来越重要。,精细有机合成,以通用化学品用为起始原料，用复杂的生产工序进行深度加工来,合成药物、农药、香料等精细化学品。,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERI
10、NG TECHNOLOGY,精细有机合成工作,许多精细有机合成工作首先在实验室里由研究人员做,的，有的实验是在国家级研究所的实验室里进行的，相当多 的实验是在许许多多工厂的实验室里做的。企业的研究人员 在工厂实验室创造出新塑料、新染料、新涂料和新杀虫剂等 精细化学品，可见在实验室里的操作是完成精细合成的第一 步工作。,xA=,二 、衡量有机合成反应的量度指标单程转化率（xA）指反应物转化掉的反应物A的量占投入的该反应物的量的百分比。转化掉的反应A的量,投入反应器的反应物A的量,100%,一个化学反应以不同的反应物为基准进行计算所得的转化率 是不同的，所以转化率的计算必须指明是何种反应物的转化
11、率。CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,YP=,理论收率（YP） 是指生成的目的产物的物质的量占输入反应物的物质的量的百分 率。生成的目的产物的物质的量,投入反应器的反应物质的量,100%,收率是化学反应的经济指标。CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,选择性（S）指某一反应物转化成目的产物其理论消耗的物质的量占该 反应物在反应中实际消耗的总物质的量的百分率。,S=,转化为目的产物其理论消耗的物质的量该反应物在反应中实际消耗的总物质的量,100%,选择性是衡量反应质量的指标。CHANGZH
12、OU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,转化率、选择性和理论收率间的关系,理论收率(Y)=转化率（x）选择性（S）,CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY,精细有机合成技术是精细化学品生产技术专业学生必,修的一门专业课程。,本课程通过对重要的单元反应原理（如磺化、硝化、卤化、 烷化、酰化等）及反应技术的介绍，使学生获得精细有机合 成反应的一些基本理论知识及反应控制、操作技能，为今后 从事精细化学品的生产、开发、工艺控制等
13、打下基础。,三、课程性质、任务和主要内容,第二章 精细有机合成的理,论与技术基础,复习: p轨道、CH 键、CC 键、元素周期表和电负性概念,原子的电负性：指原子吸收电子的能力。鲍林指定氟原子的电负性为 4.0，其它原子与其比较计算得电负性值，是相对值，无单位。,第一节 精细有机合成基础理论知识电子效应和空间效应,诱导效应,有机物分子中相互连接的不同原子间由于原子各自的,电负性不同而引起的连接键内电子云偏移的现象，以及原子或分子 受外电场作用而引起的电子云转移现象。通常用I表示。,静态诱导效应,由于分子内成键原子的电负性不同所引起的电子,+ Z,- CR3,- Z,+ CR3,箭头表示,电子云
14、的 偏移方向,云沿键链按一定方向移动的效应，或者说键的极性通过键链依次传 递的效应。诱导效应的方向通常是以C-H键作为基准的，根据原子或原子团比氢的电负性大小引起的静态诱导效应分为吸电静态诱导效应（-IS）和供电静态诱导效应（+IS）。,诱导效应沿键链的传递是以静电诱导的方式进行的，只涉及电子 云分布状况改变和键的极性的改变，一般不引起整个电荷的转移、 价态的变化。,Cl,CH2,O,H,OC,由于氯原子的吸电 诱导效应的依次传 递，促进了质子的,离解，增强的该酸 的酸性。 在键链中通过静电诱导传递的诱导效应受屏蔽效应的影响是明显的，诱导效应随着距离的增加，变化非常迅速。,动态诱导效应,当进攻
15、试剂接近底物时，因外界电场的影响也会,使共价键上电子云发生改变，键的极性发生变化，这种变化用Id表示。, Id:,-I-Br-Cl-F,-CR3-NR2-OR-F-O-ORId和Is作用方向一致时，将有助于化学反应的进行。 Id和Is的作 用方向不一致时， Id往往起主导作用。,共轭效应,在单双键交替排列的体系中或具有未共用电子对的原子与双键直接 相连的体系中，p轨道与轨道间存在着相互的作用和影响，每个成键,原子不仅受到成键原子的原子核的作用，而且也受到其他原子核的作 用，因而分子能量降低，体系趋于稳定。这种现象称为离域键，含有 这样一些离域键的体系通称为共轭体系，共轭体系中原子间的相互影 响
16、的电子效应称为共轭效应。,空间效应,是由分子中各原子或基团的空间适配性，或反应,分子间的各原子或基团的空间适配性所引起的一种形体效应空间效应的强弱取决于相关原子或基团的大小和形状。空间位阻是最常见的一种空间效应。空间位阻一般指体积庞大的取代基直接影响化合物反应活性部 位的显露，阻碍反应试剂对反应中心的有效进攻。空间位阻也可以指进攻试剂的庞大体积影响其有效进入反应位置。,有机反应试剂,共价键断裂的方式不同,电子云异裂：得极性试剂（亲电试剂和亲核试剂） 电子云均裂：得自由基试剂,有金属催化剂存在时 共价键异裂：得Cl 和Cl 例：氯气分子在不同条件下紫外光照射或高温时 共价键均裂：得Cl ，不带电,有机反应类型,第二节,取代反应取代反应指与碳原子相连的原子或基团被另一个原子或基团所替 代的反应。 脂肪族亲核取代反应（SN）,
