3.5.3 有机合成路线设计与实施 课件 3.5.1 有机合成——碳骨架的构建 课件

第五节 有机合成 第三课时 有机合成路线的设计与实施 第三章 烃的衍生物 有机合成发展史 19世纪20年代 德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机物的新时代 20世纪初 德国化学家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 美国化学家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 美国化学家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。 一、有机合成路线设计的原则 ①成本低：原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒； ②产率高：合成步骤较少，副反应少，反应产率高； ③反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯； ④要贯彻“绿色化学”理念，选择最佳合成路线，污染排放少，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。 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。 二、有机合成常用装置 球形冷凝管 温度计 恒压滴液漏斗 三颈烧瓶 三、有机合成路线的设计方法 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。 1、正向合成分析法 此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标化合物。 碳骨架和官能团等方面的异同的比较 基础原料 辅助原料 副产物 副产物 中间体 中间体 辅助原料 辅助原料 目标化合物 （1）人们最初是通过发酵法由粮食制备乙酸，现在食醋仍主要以这种方式生产，工业上大量使用的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，分析该合成过程中官能团的变化。 【思考与讨论】 CH2=CH2 中间体 H2O CH3CH2OH CH3CHO 辅助原料 Cu 辅助原料 H2O、催化剂 CH3COOH 基础原料 中间体 目标化合物 辅助原料 O2、催化剂 官能团的变化 碳碳双键→羟基→醛基→羧基 （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。 （1）中合成路线生成CH3COOH的产率为70%×70%×70%＝34.3%，低于乙烯直接氧化成乙酸的产率（70%），因此，合成步骤应尽可能少，以提高产率。 CH2=CH2 CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH 70% 70% 70% CH2=CH2+O2 CH3COOH 催化剂 70% 课堂练习1：请设计合理方案用 合成 (无机试剂任选，用反应流程图表示，并注明反应条件)。 提示：RCH=CH2 RCH2-CH2-Br HBr (2)逆合成分析法: 逆合成分析法示意图 基础原料 中间体1 目标 化合物 中间体2 (又称逆推法) 其特点：从产物出发，由后向前推，先找出产物的前一步原料(中间体)，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。 二、有机合成路线的设计与实施 确定最适宜的基础原料和合成路线 1.有机合成的设计方法 典例：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 CH2 CH2 Cl Cl CH2 CH2 OH OH CH2=CH2 CH2=CH2 逆合成分析： 合成路线设计： H2O 催化剂,△,加压 NaOH/水 △ Cl2 催化剂 △ 催化剂 △ 确定乙二酸二乙酯的基础原料为乙烯，通过以下5步反应完成合成： CH2=CH2 + H2O 催化剂 Δ ，加压 CH3CH2OH 1. CH2=CH2 + Cl2 CH2 CH2 Cl Cl 2. CH2 CH2 Cl Cl + 2NaOH H2O Δ CH2 CH2 OH OH + 2NaCl 3. CH2 CH2 OH OH + 2O2 催化剂 Δ HOOC-COOH + 2H2O 4. HOOC-COOH + 2CH3CH2 OH + 2H2O 催化剂 Δ H5C2OOCCOOC2H5 5. 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