第四节有机合成课件

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1、第四节第四节 有机合成有机合成第三章第三章 烃的含氧衍生物烃的含氧衍生物一、有机合成的过程一、有机合成的过程 利用利用简单简单、易得易得的原料，通过有机反应，的原料，通过有机反应，生成具有特定生成具有特定结构和功能结构和功能的有机化合物。的有机化合物。1. 1. 有机合成的有机合成的概念概念2. 2. 有机合成的有机合成的任务任务 有机合成的任务包括目标化合物有机合成的任务包括目标化合物分子骨架分子骨架的构建的构建和和官能团的转化官能团的转化。有机合成过程示意图有机合成过程示意图基础原料基础原料辅助原料辅助原料副产物副产物副产物副产物中间体中间体中间体中间体辅助原料辅助原料辅助原料辅助原料目标

2、化合物目标化合物3 3、有机合成的、有机合成的过程过程思考与交流思考与交流1. 1. 引入碳碳双键的三种方法：引入碳碳双键的三种方法：卤代烃的消去；醇的消去；卤代烃的消去；醇的消去；炔烃的不完全加成。炔烃的不完全加成。2. 2. 引入卤原子的三种方法：引入卤原子的三种方法：烯烃（或炔烃）的加成；烷烃（或苯及苯的同烯烃（或炔烃）的加成；烷烃（或苯及苯的同系物）的取代系物）的取代 ；醇（或酚）的取代。醇（或酚）的取代。3. 3. 引入羟基的四种方法：引入羟基的四种方法：烯烃与水的加成；卤代烃的水解；酯的水解；烯烃与水的加成；卤代烃的水解；酯的水解；醛的还原。醛的还原。二、有机合成的方法二、有机合成

3、的方法1. 1. 有机合成的常规方法有机合成的常规方法（1）官能团的引入）官能团的引入引入双键引入双键（C=C或或C=O）1 1）某些醇的消去引入）某些醇的消去引入C=CCH3CH2 OH浓硫酸浓硫酸170 CH2=CH2+H2O醇醇CH2=CH2+ NaBr+ H2O CH3CH2Br +NaOH2 2）卤代烃的消去引入）卤代烃的消去引入C=C3 3）炔烃加成引入）炔烃加成引入C=C4 4）醇的氧化引入）醇的氧化引入C=O引入卤原子引入卤原子（X）1 1）烃与）烃与X2取代取代CH4 +Cl2 CH3Cl+ HCl光照光照2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O催化剂催化剂CHCH

4、 + HBr CH2=CHBr催化剂催化剂3 3）醇与）醇与HX取代取代 CH2=CH2+Br2 CH2BrCH2Br2 2）不饱和烃与）不饱和烃与HX或或X2加成加成引入羟基引入羟基（OH）1 1）烯烃与水的加成）烯烃与水的加成 CH2=CH2 +H2O CH3CH2OH催化剂催化剂加热加压加热加压2 2）醛（酮）与氢气加成）醛（酮）与氢气加成CH3CHO +H2 CH3CH2OH催化剂催化剂C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O3 3）卤代烃的水解（碱性）卤代烃的水解（碱性）C2H5Br +NaOH C2H5OH + NaBr水水4 4）酯的水解）酯的水解稀稀H2SO4CH3C

5、OOH+C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O（2）官能团的消除）官能团的消除通过加成消除通过加成消除不饱和键不饱和键通过消去或氧化或酯化或取代等消除通过消去或氧化或酯化或取代等消除羟基羟基通过加成或氧化消除通过加成或氧化消除醛基醛基通过消去反应或水解反应可消除通过消去反应或水解反应可消除卤原子卤原子（3）官能团的衍变）官能团的衍变主要有机物之间转化关系图主要有机物之间转化关系图主要有机物之间转化关系图主要有机物之间转化关系图还原还原还原还原水水水水解解解解 酯酯酯酯 化化化化酯酯酯酯羧酸羧酸羧酸羧酸醛醛醛醛醇醇醇醇卤代烃卤代烃卤代烃卤代烃氧化氧化氧化氧化氧化氧化氧化氧化 水解水解水解水

6、解 烯烯烯烯 烷烷烷烷炔炔炔炔2. 2. 正向合成分析法正向合成分析法 此法采用正向思维方法，从此法采用正向思维方法，从已知原料已知原料入手，入手，找出合成所需要的直接可间接的找出合成所需要的直接可间接的中间产物中间产物，逐步，逐步推向推向目标合成有机物目标合成有机物。基础原料基础原料中间体中间体中间体中间体目标化合物目标化合物正向合成分析法示意图正向合成分析法示意图3. 3. 逆向合成分析法逆向合成分析法 是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体，该中间体同辅助原料反应可以得到目标中间体，该中间体同辅助原料反应可以得到目标化合物。化合物。基础原料基础

7、原料中间体中间体中间体中间体目标化合物目标化合物逆向合成分析法示意图逆向合成分析法示意图 所确定的合成路线的各步反应，其反应条件所确定的合成路线的各步反应，其反应条件必须比较必须比较温和温和，并具有，并具有较高的产率较高的产率，所使用物基，所使用物基础原料和辅助原料应该是础原料和辅助原料应该是低毒性低毒性、低污染低污染、易得易得和和廉价廉价的。的。2 C2H5OHCOC2H5COC2H5OOCOHCOHOO+已二酸二乙酯的合成已二酸二乙酯的合成H2COHH2COHH2CClH2CClCH2CH2CHCHOO一、烃的各类衍生物的重要性质一、烃的各类衍生物的重要性质类别类别通式通式官能团官能团代表

8、性物质代表性物质分子结构特点分子结构特点主要化学性质主要化学性质卤代卤代烃烃RXX卤原卤原子子溴乙烷溴乙烷C2H5BrCBr易断裂易断裂1. 取代反应：与取代反应：与NaOH水水溶液反应生成醇。溶液反应生成醇。2. 消去反应：与强碱的消去反应：与强碱的乙醇溶液共热，脱去卤乙醇溶液共热，脱去卤代氢，生成烯烃。代氢，生成烯烃。醇醇ROHOH羟基羟基乙醇乙醇C2H5OHOH与链烃与链烃基相连，基相连， CO键和键和OH键易断键易断裂裂1. 跟金属钠反应。跟金属钠反应。2. 跟氢卤酸反应。跟氢卤酸反应。3. 分子间脱水。分子间脱水。4. 分子内脱水。分子内脱水。5. 氧化反应。氧化反应。6. 酯化反应

9、。酯化反应。类别类别通式通式官能团官能团代表性物代表性物质质分子结构特点分子结构特点主要化学性质主要化学性质酚酚OHOH直接跟直接跟苯环相连苯环相连1. 弱酸性：与强碱溶液弱酸性：与强碱溶液反应，生成苯酚盐和水。反应，生成苯酚盐和水。2. 取代反应：跟浓溴水取代反应：跟浓溴水反应。反应。3. 显色反应：跟铁盐反显色反应：跟铁盐反应，生成紫色物质。应，生成紫色物质。醛醛RCHOCHO醛基醛基乙醛乙醛CH3CHOCHO具有具有不饱和性和不饱和性和还原性还原性1. 加成反应：加氢生成加成反应：加氢生成乙醇。乙醇。2. 具有还原性：能被弱具有还原性：能被弱氧化剂氧化成羧酸（如：氧化剂氧化成羧酸（如：银

10、镜反应）银镜反应）OH类别类别通式通式官能团官能团代表性代表性物质物质分子结构特点分子结构特点主要化学性质主要化学性质羧酸羧酸RCOOHCOOH羧基羧基乙酸乙酸受受C=O双键双键影响，影响，OH能够电离，能够电离，产生产生H+1. 具有酸类通性。具有酸类通性。2. 能起酯化反应。能起酯化反应。酯酯RCOORCOOR酯基酯基乙酸乙酸乙酯乙酯分子中分子中RCO和和OR之间的之间的键容易断裂键容易断裂发生水解反应，生成羧发生水解反应，生成羧酸和醇酸和醇二、有机反应的主要类型二、有机反应的主要类型1. 取代反应取代反应：有机物分子中某些原子或原子团：有机物分子中某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替

11、的反应。被其它原子或原子团所代替的反应。取代反应包括卤代、硝化、磺化、水解、取代反应包括卤代、硝化、磺化、水解、酯化等反应类型。酯化等反应类型。是原子或原子团与另一原子或原子团的交换；是原子或原子团与另一原子或原子团的交换；两种物质反应，生成两种物质，有进有出的；两种物质反应，生成两种物质，有进有出的；该反应前后的有机物的空间结构没有发生变化；该反应前后的有机物的空间结构没有发生变化；取代反应总是发生在单键上；取代反应总是发生在单键上；这是饱和化合物的特有反应。这是饱和化合物的特有反应。2. 加成反应加成反应：有机物分子中未饱和的碳原子：有机物分子中未饱和的碳原子跟其它原子或原子团直接结合生成

12、别的物质跟其它原子或原子团直接结合生成别的物质的反应。的反应。加成反应试剂包括加成反应试剂包括H2、X2（卤素）、（卤素）、HX、HCN等。等。加成反应发生在不饱和加成反应发生在不饱和 碳碳 原子上；原子上；该该反反应应中中加加进进原原子子或或原原子子团团，只只生生成成一一种种有有机机物物 相当于化合反应），只进不出。相当于化合反应），只进不出。加加成成前前后后的的有有机机物物的的结结构构将将发发生生变变化化，烯烯烃烃变变烷烷烃烃，结结构构由由平平面面形形变变立立体体形形；炔炔烃烃变变烯烯烃烃，结结构由直线形变平面形；构由直线形变平面形；加加成成反反应应是是不不饱饱和和化化合合物物的的较较特特

13、有有反反应应，另另外外，芳香族化合物也有可能发生加成反应。芳香族化合物也有可能发生加成反应。 3. 消去反应消去反应：有机物在一定条件下，从一个：有机物在一定条件下，从一个分子中脱去一个小分子（如：分子中脱去一个小分子（如：H2O、HX、NH3等）生成不饱和化合物的反应（消去小等）生成不饱和化合物的反应（消去小分子）。分子）。消去反应发生在分子内；消去反应发生在分子内；发生在相邻的两个碳原子上；发生在相邻的两个碳原子上；消去反应会脱去小分子，即生成小分子；消去反应会脱去小分子，即生成小分子；消去后生成的有机物会产生双键或叁键；消去后生成的有机物会产生双键或叁键；消去前后的有机物的分子结构变发生

14、变化，它与加消去前后的有机物的分子结构变发生变化，它与加成反应相反，因此，分子结构的变化正好与加成反成反应相反，因此，分子结构的变化正好与加成反应的情况相反。应的情况相反。 4. 氧化反应氧化反应：有机物得氧或失氢的反应。：有机物得氧或失氢的反应。氧化反应包括：氧化反应包括：（1 1）烃和烃的衍生物的燃烧反应；）烃和烃的衍生物的燃烧反应；（2 2）烯烃、炔烃、二烯烃、苯的同系物、醇、）烯烃、炔烃、二烯烃、苯的同系物、醇、醛等与酸性高锰酸钾反应；醛等与酸性高锰酸钾反应；（3 3）醇氧化为醛和酮；）醇氧化为醛和酮；（4 4）醛氧化为羧酸等反应。）醛氧化为羧酸等反应。5. 还原反应还原反应：有机物加

15、氢或去氧的反应。：有机物加氢或去氧的反应。6. 加聚反应加聚反应：通过加成反应聚合成高分子化：通过加成反应聚合成高分子化合物的反应（加成聚合）。主要为含双键的合物的反应（加成聚合）。主要为含双键的单体聚合。单体聚合。7. 缩合（聚）反应缩合（聚）反应：单体间通过缩合反应生：单体间通过缩合反应生成高分子化合物，同时生成小分子（成高分子化合物，同时生成小分子（H2O、NH3、HX等）的反应。等）的反应。缩聚反应主要包括：醇酸缩聚、羟酸缩聚、缩聚反应主要包括：醇酸缩聚、羟酸缩聚、氨基酸缩聚等。氨基酸缩聚等。8. 8. 酯化反应酯化反应（属于取代反应）：酸（有机（属于取代反应）：酸（有机羧酸、无机含氧

16、酸）与醇作用生成酯和水的羧酸、无机含氧酸）与醇作用生成酯和水的反应。反应。9. 9. 水解反应水解反应：有机物在一定条件下跟水作用：有机物在一定条件下跟水作用生成两种或多种物质的反应。生成两种或多种物质的反应。水解反应包括卤代烃水解、酯水解、糖水解反应包括卤代烃水解、酯水解、糖(除单除单糖外糖外)水解、蛋白质水解等。水解、蛋白质水解等。10. 裂化反应裂化反应：在一定温度下，把相对分子：在一定温度下，把相对分子质量大、沸点高的长链烃断裂为相对分子质质量大、沸点高的长链烃断裂为相对分子质量小、沸点低的短链烃的反应。量小、沸点低的短链烃的反应。三、有机反应的官能团三、有机反应的官能团有机物无机物/

17、有机物反应名称烷,芳烃,酚 X2卤代反应苯的同系物 HNO3硝化反应苯的同系物 H2SO4磺化反应 醇 醇脱水反应醇 HX取代反应酸 醇 酯化反应酯 醇 酯交换反应酯/卤代烃酸溶液或碱溶液水解反应二糖多糖H2O水解反应蛋白质H2O水解反应 羧 酸 盐碱石灰脱羧反应1. 1. 发生取代反应的基发生取代反应的基/ /官能团官能团 结构变化形式 等 价 替 换2. 2. 发生加成反应的官能团发生加成反应的官能团官能团官能团 C=C C CCHOC=OC6H5-有有 机机 物物 反应条反应条件件 COOHCOHCOOCO 3. 3. 发生氧化反应的官能团发生氧化反应的官能团C-OH CHO C6H5-

18、R CH3CH2CH2CH3 C=C C C条条件件试剂试剂产产物物CH2OH CHO为脱氢重键式为脱氢重键式 CHO COOH为氧原子插入式为氧原子插入式 反应条件反应条件常常 见见 反反 应应 催化剂催化剂 加热加压加热加压 乙烯水化、乙烯氧化、丁烷氧化、乙烯水化、乙烯氧化、丁烷氧化、 氯苯水解、油脂氢化氯苯水解、油脂氢化催化剂催化剂 加热加热 烯炔醛酮加氢、乙醇消去、烯炔醛酮加氢、乙醇消去、 乙醇氧化、酯化反应乙醇氧化、酯化反应 水浴加热水浴加热C C6 6H H5 5NONO2 2制备、银镜反应、树脂制备、制备、银镜反应、树脂制备、纤维素水解、纤维素水解、CHCH3 3COOCCOOC

19、2 2H H5 5水解水解 只用催化剂只用催化剂 苯的溴代、乙醛被空气氧化苯的溴代、乙醛被空气氧化 只需加热只需加热 制制CHCH4 4、苯的磺化、苯的磺化、 R-OHR-OH的卤代的卤代 R-XR-X水解和消去水解和消去不需外加不需外加条件条件 烯与炔加溴、苯酚的取代烯与炔加溴、苯酚的取代 烯炔与苯的同系物氧化、烯炔与苯的同系物氧化、四、有机反应的条件四、有机反应的条件五、主要有机物之间的转化关系五、主要有机物之间的转化关系还原还原还原还原水水水水解解解解 酯酯酯酯 化化化化酯酯酯酯羧酸羧酸羧酸羧酸醛醛醛醛醇醇醇醇卤代烃卤代烃卤代烃卤代烃氧化氧化氧化氧化氧化氧化氧化氧化 水解水解水解水解 烯烯烯烯 烷烷烷烷炔炔炔炔加成加成加成加成加成加成加成加成加加加加成成成成消消消消去去去去取取取取代代代代加加加加成成成成消消消消去去去去氧氧氧氧化化化化