3.5.3有机合成路线设计与实施 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第三章 烃的衍生物 第五节 有机合成 高二化学 第3课时 有机合成路线设计及有机推断 优化方案 碳架构建和官能团转化 科学性 可行性 安全性 简约性 依据 关键 思路 反思 有机合成的基本流程 一.有机合成的设计思路（课本P86 最后一段） 有机合成路线的确定 进行合理的设计与选择 掌握碳骨架构建 掌握官能团转化方法基础上 以较低的成本和较高的产率 通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。 二、有机合成路线的设计方法 1、正向合成分析法：从原料出发设计合成路线的方法 （课本P87 第二段）比较原料分子和产物分子在碳骨架和官能团方面的差异，再有目的的选择每一步的转化关系。基础原料通过有机反应形成一段碳链或连上一个官能团，合成第一个中间体。 基础原料 辅助原料1 中间体1 副产物1 辅助原料2 中间体2 副产物2 辅助原料3 目标化合物 副产物3 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 [课本P86] 多步递进反应的总产率=各步反应产率的乘积 (1)中合成路线总产率 =70%×70%×70% ＝34.3% 产率(70%) 由此可见，在设计有机合成路线时，应尽量减少反应步骤。 二、有机合成路线的设计方法 2.逆合成分析法:（课本P87 最后一段） 目标化合物 适当位置断开相应的化学键 较小片段所对应的中间体 连续断开相应的化学键 中间体 确定最适宜的基础原料和合成路线 优先在官能团处、碳杂键（如C—N、C—O、C—Cl等）处、α-H等处切断 先用“顺推法”缩小范围和得到一个大致结构，再用“逆推法”来确定细微结构。这样，比单一的“顺推法”或“逆推法”快速而准确。 二、有机合成路线的设计方法 3.顺推、逆推法结合运用——综合分析法 4.合成路线的表示方法 （1）正向合成表示方法（如课本92页 7题） 方框：表明物质及转化 箭头上分一般标注反应物 箭头下方一般标注反应条件。如果没有附加反应物，反应条件标注在上分亦可 箭头上的（1）（2）或者①②表示反应步骤 （2）逆向合成表示方法 【实例分析1】 以乙烯合成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 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 CH3CH2 OH 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 C C HO OH O O + 2H2O 4. + 2CH3CH2 OH C C HO OH O O + 2H2O 催化剂 Δ C C C2H5O OC2H5 O O 5. 【实例分析1】 设计以乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路线。 [例题2]苯甲酸苯甲酯(水仙花香料)： －C－O－CH2－ O 请设计以甲苯为原料合成苯甲酸苯甲酯的合成路线。 存在于多种植物香精中，它除了可以用作香精、食品添加剂以及一些固体香料的溶剂，还可以用作塑料、涂料的增塑剂。此外具有杀火虱、蚤和疥虫的作用，并且不刺激皮肤，无异臭和油腻感，可用于治疗疥疮。 教材P90 13 进行结构分析，确定官能团，学生开始研究这个物质的特点，从目标化合物开始，一级一级的推断中间产物 设计合成路线时，主要考虑如何形成目标化合物的分子骨架，以及它所含有的官能团。首先将原料与产品的结构进行两方面的对照： 分子骨架有何变化？官能团有何变更？能否直接引入官能团？间接引入的方法是什么？ 逆向寻找能顺利合成目标化合物的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料，只要每一步逆推是合理的，就可以得出科学的和官能路线。当得到几条不同的合成路线时，需要进行优选，要考虑：合成路线是否符合化学原理？合成操作是否安全可靠？ 为实现社会的可持续发展，绿色合成思想已成为人们优选的重要指导思想。绿色合成的主要出发点是：有机合成中原子经济性、原料绿色化、试剂与催化剂无公害性。 △ KMnO4 H+ Cl2 光照 H2O NaOH 浓H2SO4 △ KMnO4 H+ LiAlH4 浓H2SO4 △ 浓H2SO4 Cl2 光照 氧化剂 H2 催化剂 H2O Cl2 光照 H2O NaOH 氧化剂 浓H2SO4 △ 合成线路： ④ ① ② ③ 1）尽量选择步骤最少的合成路线——以保证较高的产率。 2）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。 3）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。 二、设计合成路线的基本原则 途径一： CH2=CH2 +Cl2 CH2 -Cl CH2 -Cl CH2 CH2 -Cl -Cl +2NaOH H2O Δ CH2 -OH CH2 -OH +2NaCl 对比： 途径二： [课本P88] (1)途径二采用Cl2、NaOH，可能腐蚀设备，污染环境； 途径一采用氧气和水，成本低，对环境污染小。 (2)途径二原子利用率小于100%；而上述途径一原子利用率100% 有机合成 合成的任务 合成路线的设计 构建碳骨架 官能团的引入、转化、消除及保护 原则 成本低、产率高 环境友好、路线短 方法 【小结】 正向合成、逆向合成 正逆向合成相结合 合成线路的表示方法 恒压滴液漏斗 球形冷凝管 三颈烧瓶 有机合成的常用装置 P89 三.常见的合成路线 （1）脂肪烃为基础原料到酯的合成路线 ①一元合成路线： 卤代烃 一元醇 一元醛 一元羧酸 酯 HX R CH＝CH2 R CH2CH2 X NaOH水溶液 Δ R CH2CH2 OH [O] R CH2CHO [O] R CH2COOH 浓硫酸 Δ ②二元合成路线： 二元醛 二元羧酸 链酯、环酯、聚酯 X2 CH＝CH2 X CH2CH2 X NaOH水溶液 Δ HO CH2CH2 OH [O] OHC CHO [O] HOOC COOH 浓硫酸 Δ 三.常见的合成路线 （1）脂肪烃为基础原料到酯的合成路线 （2）芳香烃为基础合成芳香酯合成路线 CH3 CH2Cl CH2OH CHO COOH 芳香酯 光照 Cl2 NaOH水溶液 Δ [O] [O] 浓硫酸 Δ Cl OH Cl2 FeCl3 ② NaOH水溶液 Δ ① 三.常见的合成路线 【课堂小结】 有机合成 合成的任务 构建碳骨架 增长和缩短、成环等过程 官能团的引入、转化、消除及保护 合成路线的设计 原则 成本低、产率高 环境友好、路线短 方法 正向、逆向设计合成路线 有机合成发展史 二.有机合成发展史 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%。 颠茄酮 二.有机合成发展史 20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B12等一系列结构复杂的天然产物。 维生素B12 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。 总之，有机合成的发展，使人们不仅能通过人工手段合成原本只能从生物体内分离、提取的天然产物，还可以根据实际需要设计合成具有特定结构和性能的新物质。 感谢观看 人教版化学 选择性必修3 主讲人 $$