【高中化学】有机合成第1课时课件 高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

人教版2019高中化学选择性必修三第三章 烃的衍生物第五节 有机合成第1课时取代取代 (卤代、硝化、酯化、水解、成肽卤代、硝化、酯化、水解、成肽)加成加成（变成饱和键）（变成饱和键）消去消去（形成不饱和键）（形成不饱和键）氧化氧化（加氧去氢）（加氧去氢）还原还原（加氢去氧）（加氢去氧）加聚加聚 (只有高分子物质）只有高分子物质）缩聚缩聚（有高分子又有小分子物质）（有高分子又有小分子物质）知识储备知识储备1 1：有机反应类型：有机反应类型知识储备知识储备2 2：根据反应类型来推断官能团：根据反应类型来推断官能团反应条件浓硫酸、加热 稀硫酸、加热 NaOH水溶液NaOH醇溶液、加热H2、催化剂 O2/Cu、加热Cl2(Br2)/Fe Cl2(Br2)/光照知识储备知识储备3 3：由反应条件确定官能团由反应条件确定官能团基础原料通过有机反应增加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。二、二、有机合成路线的设计与实施有机合成路线的设计与实施1 1 1 1、正合成分析正合成分析正合成分析正合成分析从原料出发设计合成路线的方法步骤简单、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（1 1）人人们们最最初初是是通通过过发发酵酵法法由由粮粮食食制制备备乙乙酸酸，现现在在食食醋醋仍仍主主要要以以这这种种方方式式生生产产，工工业业上上大大量量使使用用的的乙乙酸酸是是通通过过石石油油化化学学工工业业人人工工合合成成的的。请请以以乙乙烯烯为为原原料料，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。（2 2）目目前前已已经经出出现现了了将将乙乙烯烯直直接接氧氧化化生生成成乙乙酸酸的的工工艺艺。假假定定该该工工艺艺涉涉及及的的反反应应和和（1 1）中中合合成成路路线线的的每每一一步步反反应应的的产产率率均均为为70%70%，请请计计算算并并比比较较这这两两种种合合成路线的总产率。成路线的总产率。思考与讨论：70%70%70%70%70%70%H2O催化剂/CH2CH2CH3CH2OHO2/CuCH3CHOCH3COOHO2催化剂/34.3%低于直接氧化成乙酸的产率（低于直接氧化成乙酸的产率（70%70%），因此，合成步骤应尽可能少，以提高产率。），因此，合成步骤应尽可能少，以提高产率。Elias James Elias James Elias James Elias James Corey,1928-Corey,1928-Corey,1928-Corey,1928-现任哈佛大学教授，现任哈佛大学教授，伊莱亚斯伊莱亚斯詹姆斯詹姆斯科里科里，于，于19671967年提出了年提出了“逆合成分析原理逆合成分析原理”，并开创了计算机辅助有机合成新纪元，获，并开创了计算机辅助有机合成新纪元，获得得19901990年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 。逆合成基本思路：在目标化合物的适当位置断开相应的化学键逆合成的目的：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。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。2.2.从目标化合物出发从目标化合物出发逆合成逆合成分析的基本思路分析的基本思路目标化合物目标化合物适当位置断开相应的化学键适当位置断开相应的化学键较小片段所对应的中间体较小片段所对应的中间体经过反应经过反应适当位置断开相应的化学键适当位置断开相应的化学键中间体中间体确定最适宜的确定最适宜的基础原料基础原料和和合成路线合成路线逆合成分析示意图逆合成分析示意图优先在官能团处、碳杂键（如优先在官能团处、碳杂键（如CNCN、COCO）处切断）处切断实例分析：实例分析：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。有机合成路线的设计和选择。COCOOC2H5OC2H5COCOOHOHCH3CH2OHCH2CH2ClClCH2CH2OHOHCH2=CH2CH2=CH2H2O催化剂催化剂,加压加压NaOH/水水Cl2催化剂催化剂催化剂催化剂CH2=CH2 +H2O催化剂，加压CH3CH2 OH1.CH2=CH2 +Cl2CH2CH2ClCl2.CH2CH2ClCl +2NaOHH2O CH2CH2OHOH +2NaCl3.CH2CH2OHOH +2O2催化剂 CCHOOHOO +2H2O4.+2CH3CH2 OHCCHOOHOO +2H2O催化剂 CCC2H5OOC2H5OO5.确定确定乙二酸二乙酯乙二酸二乙酯的基础原料为乙烯，通过以下的基础原料为乙烯，通过以下5 5步反应完成合成：步反应完成合成：思考：以下为合成苯甲酸苯甲酯的两种设计路线，请评价哪种方案更科学？思考：以下为合成苯甲酸苯甲酯的两种设计路线，请评价哪种方案更科学？路线路线1 1：路线路线2 2：路线路线1 1：步骤多，反应条件复杂，成本高，且使用较多的步骤多，反应条件复杂，成本高，且使用较多的ClCl2 2，不利，不利于环境保护于环境保护。路线路线2 2：步骤少，反应条件简单，成本低，且使用步骤少，反应条件简单，成本低，且使用ClCl2 2较少较少。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 2、3 3两步反应，分析生产中选择该路线的可能原因。CHCH2 2CHCH2 2催化剂、O O2 2H H2 2CCHCCH2 2O O加压、HH2 2OOCHCH2 2CHCH2 2OHOHOHOH【思考与讨论】【思考与讨论】CH2CH2Cl2 CH2ClCH2ClCH2ClCH2Cl2NaOH CH2OHCH2OH2NaClH2O/(1)(1)2 2，3 3两步反应采用氯气、氢氧化钠，可能腐蚀设备，污染环境；实际工业生产工艺采用氧气和水，成本低，对环境污染小(2)(2)2 2，3 3两步反应原子利用率小于100%100%；而实际工业生产工艺原子利用率100%100%有有机机合合成成路路线线的的确确定定，需需要要在在掌掌握握碳碳骨骨架架构构建建和和官官能能团团转转化化基基本本方方法法的的基基础础上上，综综合合多多方方面面因因素素进进行行设设计计与与选选择择，合合理理规规划划方方案案，以以较较低低的的成成本本和和较较高高的的产产率率，通通过过简简便便而而对对环环境境友友好好的的操作得到目标产物。操作得到目标产物。三、设计有机合成路线的基本原则三、设计有机合成路线的基本原则5 5、在在进进行行有有机机合合成成时时，要要贯贯彻彻“绿绿色色化化学学”理理念念，选选择择最最佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。1 1、步骤较、步骤较少少，副反应，副反应少少，反应产率，反应产率高高；2 2、原料、溶剂和催化剂尽可能、原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒价廉易得、低毒；3 3、反应条件、反应条件温和温和，操作，操作简便简便，产物，产物易易于分离提纯；于分离提纯；4 4、污染排放、污染排放少少；(1)(1)一元合成路线一元合成路线1.1.脂肪烃为基础原料到酯的合成路线脂肪烃为基础原料到酯的合成路线四、四、常见的合成路线常见的合成路线卤代烃卤代烃一元醇一元醇一元醛一元醛一元羧酸一元羧酸酯酯HXR CHCH2R CH2CH2 XNaOH水溶液 R CH2CH2 OHOR CH2CHOOR CH2COOH浓硫酸浓硫酸 (2)(2)二元合成路线二元合成路线二元醇二元醇二元醛二元醛二元羧酸二元羧酸链酯、环酯、聚酯链酯、环酯、聚酯X X2 2CHCHCHCH2 2X CHX CH2 2CHCH2 2 X XNaOHNaOH水溶液水溶液 HHOO CH CH2 2CHCH2 2 OHOHOOOHC CHOOHC CHOOOH HOOC COOOOC COOHH浓硫酸浓硫酸 2.2.芳香族化合物合成路线芳香族化合物合成路线CH3CH2ClCH2OHCHOCOOH芳香酯光照Cl2NaOH水溶液水溶液 OO浓硫酸浓硫酸 ClOHCl2FeCl3NaOH水溶液水溶液 五、有机合成发展史五、有机合成发展史 20 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%0.75%。十几年后，罗宾逊仅用。十几年后，罗宾逊仅用3 3步反应便完成合成，总产率达步反应便完成合成，总产率达90%90%。颠茄酮颠茄酮 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，有机合成的技术和效率不断提高。2020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%0.75%。十几年后，罗宾逊改进了合成思路，仅用3 3步反应便完成合成。总产率达90%90%。2020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B B1212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；科里提出了系统化的逆合成概念，开始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。维生素B B1212资料卡片资料卡片实验室中进行有机合成的常用装置如图3-31所示，它能够在加热时进行搅拌、温度监测、加料和冷凝回流等实验操作。规模化的工业生产中多使用体积较大的反应釜（如图3-32）。工业生产须在实验室研究的基础上进行小试、中试等规模放大研究，完善实验室研究所确定的反应条件，更多考虑工业化生产的设备选择、操作方法、成本控制和环境保护等因素，为正式生产提供依据。1下列制备设计错误的是()A以苯为原料制水杨酸(邻羟基苯甲酸)，应向苯环上先引入酚羟基B制备表面活性剂对十二烷基苯磺酸钠，可向苯环上先引入磺酸基C制备十二烷基苯可以采用1-十二烯在一定条件下与苯加成D采用对MgCl26H2O在氯化氢气流中加热脱水制无水MgCl2 B B2.有下列几种反应类型：消去加聚水解加成酯化氧化。用乙醇为原料(无机原料任选)制取 ，按正确的合成路线依次发生的反应所属类型应是()A BC DA A练练习习3 3、对对氨氨基基苯苯甲甲酸酸可可用用甲甲苯苯为为原原料料合合成成。已已知知：苯苯环环上上的的硝硝基基可可被被还还原原为为氨氨基基：3Fe3Fe6HCl6HCl 3FeCl3FeCl2 22H2H2 2OO，产产物物苯苯胺胺还还原原性性强强，易易被被氧氧化化；CHCH3 3为为邻邻、对对位位取取代代定定位位基基，而而COOHCOOH为为间间位位取取代代定定位位基基。则则由由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是（甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是（）A A练习练习4 4、请以、请以乙烯乙烯和和乙苯乙苯为原料为原料(其它无机物自选其它无机物自选)合成下列有机物。合成下列有机物。ClCl2 2/光照光照取代取代NaOHNaOH醇醇/消去消去加成加成酯化酯化水解水解NaOHNaOH水水/浓硫酸浓硫酸/BrBr2 2 巧切割巧切割练习练习5 5、化合物化合物G G是一种药物合成中间体，其合成路线如下：是一种药物合成中间体，其合成路线如下：制备 的合成路线(无机试剂任选)。CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaC2H5OH1)OH-,2)H+Br2光照