第四节有机化合物的合成.ppt

一、有机合成的关键,二、有机合成路线的设计,三、有机合成的应用,第四节有机合成,学习目标,1.熟悉各类有机物的性质和相互转化关系；,2.初步认识逆向合成法的思维方法。,学习重点：逆向合成法,最早.,现在.,PVC管材,聚乙烯塑料,塑料光纤,现在.,晴纶衣物,有机玻璃,药品,现在.,人造心脏,液晶,人造血管,20世纪，化学家合成和分离了几千万种化合物（包括天然产物、药物、材料等）其中大部分都是有机合成的产物。化学家在有机合成和金属有机化学领域取得的成就举世瞩目，获得诺贝尔化学奖有40项之多。,近几年化学诺贝尔奖获得者的研究领域,2006年：第一个成功地将脱氧核糖核酸（DNA）的复制过程捕捉下来的科学家。,05年：如何指挥烯烃分子“交换舞伴”，将分子部件重新组合成别的物质。04年：发现了泛素调节的蛋白质降解。03年：细胞膜通道领域作出了“开创性贡献”而获奖。02年：发明了对生物大分子进行识别和结构分析的方法。01年：“手性催化氢化反应”、“手性催化氧化反应”领域所取得的成就。00年：导电聚合物领域作出了开创性贡献。,自学交流,阅读第三自然段，回答：1、什么是有机合成？2、有机合成的任务有那些？3、用示意图表示出有机合成过程。,汇报,如：以电石为原料合成乙酸乙酯,1、有机合成的概念,以有机反应为基础的有机合成，是有机化学的一个重要内容。它是利用简单易得的原料，通过有机化学反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。,2、有机合成的任务,有机合成的任务包括目标化合物分子骨架的构建和官能团的转化。,副产物,副产物,基础原料,辅助原料1,辅助原料2,辅助原料3,中间体,中间体,目标化合物,有机合成过程示意图,有机合成介绍 有机合成是有机化学的核心。学习和研究有机化学的目的，最终是为了合成自然界已存在的和自然界并不存在而人为设计的具有特定结构，因而具有特定性能和用途的有机化合物以造福人类。在1828年武勒开始有机合成直至20世纪60年代之前，人们一直是从原料开始，逐步经过碳链的连接和官能团的安装最后完成的。但由于没有通用的思维规范，其设计过程往往需要相当丰富的理论和实践经验，十分困难。1964年E.J.Corey首创用逆推的方式设计合成路线，由于他独特的操作方式，高度规范合成设计的程序，并使其具备了相对固定的逻辑思维推理模式，因而易学易用，大大推动了这一学科的发展。E.J.Corey也因此获得了1990年诺贝尔化学奖。,一、有机合成的过程,知识准备：,（一）各类烃及衍生物的主要化学性质：,（二）有机反应的基本类型,1、取代反应:甲烷、苯、醇的卤代；苯及苯的同系物的硝化、磺化（注意区别！）；醇与活泼金属反应，醇的分子间脱水，酯化反应，酯的水解反应等。,取代反应包括卤代、硝化、磺化、水解、酯化等反应类型。,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的反应。,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；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；这是饱和化合物的特有反应。,2、加成反应:烯烃、炔烃、苯、醛或酮、油脂等分子中含有C=C或C=O 可以发生加成反应。它们都可与H2加成；但醛、酮、苯不与HX、X2、H2O等加成；注意共轭二烯烃的1，2-加成、1，4-加成、全加成，炔烃的分步加成。,定义：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别的物质的反应。,加成反应试剂包括：A-A型如H2、X2（卤素），A-B型如HX、HCN等。,加成反应发生在不饱和碳原子上；该反应中加进原子或原子团，只生成一种有机物相当于化合反应），只进不出。加成前后的有机物的结构将发生变化，烯烃变烷烃，结构由平面形变立体形；炔烃变烯烃，结构由直线形变平面形；加成反应是不饱和化合物的特有反应，另外，芳香族化合物也有可能发生加成反应。,3、氧化反应：有机物加氧或去氢的反应，有机物燃烧都是氧化反应；其他如：烃中碳碳双键、碳碳叁键、苯环侧链的氧化；烃的衍生物中，醛基的氧化、醇的催化氧化（注意反应条件及对结构的要求），酚的氧化。,4、还原反应:有机物加氢或去氧的反应，如：烯烃、炔烃、苯、醛、酮、油脂等与氢气的加成反应。,5、消去反应：有机化合物在一定条件下，从一个分子中脱去一个小分子(如H2O),而形成不饱和化合物的反应。如乙醇的分子内脱水。,定义：有机物在一定条件下，从一个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（消去小分子）。,消去反应发生在分子内；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应的情况相反。,6、酯化反应：醇和含氧酸起作用，生成酯和水的反应叫做酯化反应，属于取代反应。,7、水解反应：如：酯的水解反应：酯与水发生作用生成相应的醇和羧酸(或羧酸盐)的反应，糖类物质的水解反应，蛋白质的水解反应。,定义：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。,水解反应包括卤代烃水解、酯水解、糖(除单糖外)水解、蛋白质水解等。,8、裂化(裂解)反应：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量小、沸点低的短链烃的反应。,9、聚合反应：由小分子生成高分子化合物的反应。又分为加聚反应和缩聚反应。如乙烯加聚生成聚乙烯，氨基酸缩聚生成蛋白质等。,1)加聚反应：通过加成反应聚合成高分子化合物的反应（加成聚合）。主要为含双键的单体聚合。,2)缩合（聚）反应：单体间通过缩合反应生成高分子化合物，同时生成小分子（H2O、NH3、HX等）的反应。,缩聚反应主要包括：苯酚和甲醛的缩聚、醇酸缩聚、氨基酸缩聚等。,有机物 在不同条件下至少可能发生7种不同类型的有机反应：加成，取代，消去，氧化，酯化，加聚，缩聚,其中由于分子结构中含OH而可能发生的反应有；可能发生的反应有。,练习,（三）、有机反应的条件,二、有机合成的程序与方法,（1）官能团的引入,有机合成的程序,关键之一-：碳骨架的构建,关键之二-：官能团的引入与转化,有机合成的方法：,逆合成分析法！,P.65思考与交流,1.引入碳碳双键的方法有哪些？,1、有机合成的常规方法,（A）消去反应：注意反应条件及对有机物结构的要求！,1）某些醇的消去引入C=C,2）卤代烃的消去引入C=C,（B）炔烃一比一加成(不完全加成),3）炔烃加成引入C=C,4）醇的氧化引入C=O,拓展：引入C=O,2.引入卤原子的方法有哪些？,（1）取代反应：,甲烷和氯气（条件！）-不是氯水！,苯和液溴（条件！）；酚和溴水（浓、过量！）,1）烃与X2取代,CH4+Cl2,CH3Cl+HCl,光照,CH2=CH2+Br2 CH2BrCH2Br,2）醇与HX取代,C2H5OH+HBr C2H5Br+H2O,（2）加成反应：烯烃、炔烃等,(与卤素单质或卤化氢加成),+HBr,+3HBr,+Br2,+3Br2,3.引入羟基的方法有哪些？,（1）取代反应：,卤代烃的水解（条件！）,酯的水解（条件！）,（2）加成反应：,烯烃与水加成,醛或酮与氢气加成（还原）,CH3CHO+H2,C2H5Br+NaOH,C2H5OH+NaBr,CH3COOH+C2H5OH,CH3COOC2H5+H2O,CH3CH2OH,4、引入醛基（CHO）,1）醇催化氧化,2）烯烃的氧化,3）炔烃的水化,CH3CHO,催化剂,CH CH+H2O,2CH3CH2 OH+O2,Cu,加热,2CH3CHO+2H2O,2RCH2CH2+O2,催化剂,2RCHO+HCHO,5、引入羧基（-COOH）,1）醛的催化氧化,2CH3CHO+O2,催化剂,2）苯的同系物被酸性高锰酸钾氧化,3）羧酸盐酸化,4）酯的水解,稀H2SO4,CH3COOH+C2H5OH,CH3COOC2H5+H2O,2CH3COOH,CH3COONa+HCl,CH3COOH+NaCl,水,酸性高锰酸钾,C6H5CH3,C6H5COOH,6、引入酯基（-COO-）,-酯化反应,苯环上引入硝基、磺酸基、羧基硝化、磺化、氧化反应,+HNO3,+H2SO4（浓）,KMnO4/H+,+3 H2,官能团的引入,有机物成环的方法有：,加成法、酯化法和“消去”法,（2）官能团的消除,通过加成消除不饱和键,通过消去或氧化或酯化或取代等消除羟基,通过加成或氧化消除醛基,通过消去反应或水解反应可消除卤原子,a.官能团种类变化：,CH3CH2-Br,水解,CH3CH2-OH,氧化,CH3-CHO,b.官能团数目变化：,CH3CH2-Br,消去,CH2=CH2,加Br2,CH2BrCH2Br,c.官能团位置变化：,CH3CH2CH2-Br,消去,CH3CH=CH2,加HBr,CH3CH-CH3,Br,包括官能团种类变化、数目变化、位置变化等。,CH3-COOH,氧化,酯化,CH3-COOCH3,（3）官能团的衍变,(三)、主要有机物之间的转化关系,酯,羧酸,醛,醇,卤代烃,烯,烷,炔,CH3CH3,CH2=CH2,CHCH,CH3CH2Cl,CH3COOH,CH3CH2OH,CH3CHO,CH3COONa,CH3COOCH2CH3,二、逆合成分析法（科里）,A,B,C,93.0%,81.7%,85.6%,90.0%,总产率=93.0%81.7%90.0%85.6%=58.54%,产率计算多步反应一次计算,P66 学与问,石油裂解气,+CH3CH2OH,1,+H2O,2,+Cl2,3,+H2O/NaOH,4,O,5,浓H2SO4,中间体,中间体,目标化合物,例如：乙二酸二乙酯的合成,基础原料,2 C2H5OH,+,草酸二乙酯的合成,原料,中间产物,产品,顺,顺,逆,逆,1、有机合成遵循的原则,1）原料：起始原料要廉价、易得、低毒、低污染通常采用4个C以下的单官能团化合物和单取代苯。,2）合成路线：尽量选择步骤最少的合成路线以保证较高的产率。,3）环保：满足“绿色化学”的要求。,4）操作简单、条件温和、能耗低、易实现,5）尊重客观事实，按一定顺序反应。,有机合成的程序：,-测结构定方案合成,或：改结构提性能,对自然界不存在的，具特殊性质、功能的：,结构决定性质先定结构次定方案再合成。,对自然界已存在的：,如：麝香,如：橡胶,如：各种功能高分子化合物，新型药物等。,观察目标分子的结构,由目标分子逆推原料分子并设计合成路线,优选合成路线,目标分子：碳骨架特征及官能团的种类和位置,目标分子：碳骨架的构建及官能团的引入或转化,绿色合成,有机合成路线的一般程序,解题思路:剖析要合成的物质(目标分子),选择原料,路线(正向,逆向思维.结合题给信息)合理的合成路线由什么基本反应完全,目标分子骨架目标分子中官能团引入,明确目标化合物的结构,设计合成路线,合成目标化合物,对样品进行结构测定试验其性质或功能,大量合成,归纲：有机物的合成程序,需注意两个问题：,四、有机合成常用解题方法,1、顺推法（正合成分析法）,此法是一种正向思维方法，其特点是从已知原料入手，先找出合成最终产物所需的下一步产物（中间产物），并同样找出它的下一步产物，如此继续，直至到达最终产品（目标合成有机物）为止。其思维程序可概括为：原料中间产物产品。,正确理解和及时把握“关键条件”。,正确计算和运用特性常数。,基础原料,中间体,中间体,目标化合物,正向合成分析法示意图,实现途径有两条：,2、倒推法,又称逆向合成，其特点是从产物出发，由后向前推，先找出产物的前一步原料（中间产物），并同样找出它的前一步原料，如此继续直至到达简单的初始原料为止。,其思维程序可概括为：产品中间产物原料。,是涉及到碳骨架的变化,是碳骨架不变，只是官能团的改变。,基础原料,中间体,中间体,目标化合物,逆合成分析法示意图,3、顺推、倒推法结合运用,先用“顺推法”缩小范围和得到一个大致结构，再用“倒推法”来确定细微结构。这样，比单一的“顺推法”或“倒推法”快速而准确。,无论何种方法，最终所确定的合成路线的各步反应，其反应条件必须比较温和，并具有较高的产率，所使用物基础原料和辅助原料应该是低毒性、低污染、易得和廉价的。,巩固应用,1.已知下列两个有机反应RCl+NaCN RCN+NaClRCN+2H2O+HCl RCOOH+NH4Cl现以乙烯为惟一有机原料（无机试剂及催化剂可任选），经过6步化学反应，合成二丙酸乙二醇酯（CH3CH2COOCH2CH2OOCCH2CH3），设计正确的合成路线，写出相应的化学方程式。,2.已知,试写出下图中AF各物质的结构简式,解：,3、已知：,CH2=CH-CH=CH2+CH2=CH2,CH3CH=CH2,丙烯为原料合成,以异戊二烯,4、从丙烯合成硝化甘油(三硝酸甘油酯)可采用下列四步反应,写出、各步反应的化学方程式,并分别注明其反应类型:;。,5、RCN RCOOH，RCl+CN-RCN+Cl-（R为烃基）。是重要的化工原料，它在一定条件下可发生以下变化：,（1）写出A、B、D的结构简式：A，B，D。（2）写出下列化学方程式：；。（3）若E为环状化合物，则其结构简式。,