3.5.1有机合成的主要任务 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 第1课时 有机合成的主要任务 阿司匹林(解热镇痛药)的前世今生 柳树皮止痛消炎 柳树皮中提取“柳苷” 合成水杨酸 与乙酸酐合成 乙酰水杨酸 公元前 19世纪 1853年 1897年 改良缓释 乙酰水杨酸 20世纪 费利克斯∙霍夫曼 “烧心”的酸性 有机合成帮助人们发现和制备了一系列药物、香料、染料、催化剂、添加剂等，有力地推动了材料科学和生命科学的发展。 任务一 有机合成 1.有机合成的发展史 19世纪20年代 德国·维勒首次人工合成有机物尿素 颠茄酮 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%。 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，促进了有机合成技术和有机反应理论的发展。 后续 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。 任务一 有机合成 2.有机合成的意义 ①制备天然有机物，弥补自然资源的不足； ②对天然有机物进行局部的结构改造和修饰，使其性能更加完美； ③合成具有特定性质的、自然界并不存在的有机物，以满足人类的特殊需要。 阿司匹林缓释片 隐形眼镜材料 制备的维生素C 任务一 有机合成 利用相对简单 易得的原料 具有特定结构和性质的目标分子 有机化学反应 合成 构建碳骨架 引入官能团 碳链的增长 碳链的缩短 成环 碳碳双键 碳碳三键 碳卤键 羟基 醛基 羧基 构建碳骨架 引入官能团 酯基 酰胺基 酮羰基 3.有机合成的主要任务 有机合成指使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。 任务二 构建碳骨架 碳骨架是有机化合物分子的结构基础，进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成，包括碳链的增长和缩短、成环等过程。 少于 引入含碳原子的官能团等方式 原料分子中 的碳原子数 目标分子中 的碳原子数 氧化反应等方式 多于 问题：想一想我们学过哪些反应可以增长和缩短碳链呢？ 任务二 构建碳骨架 1.碳链的增长 HC CH HCN H2O，H+ 催化剂 H2C CHCN 丙烯腈 H2C CHCOOH CH3CH2Cl NaCN CH3CH2CN 丙腈 H2O，H+ 催化剂 CH3CH2COOH C O H R HCN 催化剂 C OH H R CN C OH H R CH2NH2 C OH H R COOH H2 催化剂 H2O，H+ 催化剂 ① 烯烃（或炔烃）与HCN的加成反应，RX与NaCN的取代反应 ② 醛（或酮）与HCN的加成反应 增加1个碳原子 ——引入-CN（氰基） 任务二 构建碳骨架 1.碳链的增长 增加2个或多个固定数目碳原子 δ+ δ- δ+ δ- 加热 O CH3CH H CH2CHO OH- 催化剂 O CH3CH H CH2CHO 3-羟基丁醛 CH3CH CHCHO 2-丁烯醛 ① 羟醛缩合反应：具有α-H的醛，在碱催化下与另一分子的醛或酮进行亲核加成，生成β-羟基醛，β-羟基醛可以受热脱水生成α，β-不饱和醛。 H C O H C O CH R H OH- 催化剂 加热 -H2O H C O H H C O C H R H C H C O C R 问题：完成下列羟醛缩合反应？ 加成反应 消去反应 任务二 构建碳骨架 1.碳链的增长 增加2个或多个固定数目碳原子 ② 卤代烃与炔钠的取代反应 CH3CH2Cl + CH3C≡CNa → 2CH3C≡CH + Na 2CH3C≡CNa + H2↑ 液氨 （ ） ③ 分子间脱水 ④ 付克烷基化反应 + Cl-CH2CH3 无水AlCl3 CH2CH3 + HCl C2H5−OH + HO−C2H5 浓H2SO4 140 ℃ CH3COOH＋C2H5OH 浓硫酸 △ CH3CH2C≡CCH3 + NaCl CH3COOC2H5＋H2O C2H5−O−C2H5 + H2O 任务二 构建碳骨架 1.碳链的增长 增加2个或多个固定数目碳原子 ⑤ 醛（或酮）格式试剂的加成反应：由卤代烃与镁在醚类溶液中制得一种金属有机化合物，可以与羰基加成水解得到醇。 δ+ δ- C O R′ R″ R1MgX 无水乙醚 δ- δ+ C O R′ R1 R″ MgX H2O C O R′ R1 H R″ R X Mg RMgX 无水 乙醚 (X=Cl、Br) 格林尼亚(Grignard)试剂 简称格氏试剂，1900年发现(29岁) O MgBr O MgBr H2O O H 问题：完成下列物质与格式试剂的加成反应？ 任务二 构建碳骨架 1.碳链的增长 增加n个碳原子 催化剂 n H2C C C CH2 H H n [ ] H2C C C CH2 H H 聚1，3-丁二烯 ① 烯烃（或炔烃）的加聚反应 ② 苯酚与甲醛、多元醇与多元羧酸的缩聚反应(后期讲解) 任务二 构建碳骨架 2.碳链的缩短 ① 烃的裂化或裂解反应 C16H34 C8H18 ＋ C8H16 高温 ② 酯的水解反应 CH3COOH＋C2H5OH CH3COOC2H5＋H2O 稀硫酸 CH3COONa＋C2H5OH CH3COOC2H5＋NaOH 任务二 构建碳骨架 2.碳链的缩短 ③ KMnO4的氧化反应 R′ R″ C CH R KMnO4 H+ R′ R″ C O RCOOH R—C≡CH RCOOH KMnO4 H+ CH R′ R KMnO4 H+ COOH 一氢成CO2无氢成酸 二氢成CO2 一氢成酸 无氢成酮 与苯环相连的碳原子上至少连有一个氢原子才能被酸性KMnO4氧化。 a.烯烃: b.炔烃: c.芳香化合物的侧链: 任务二 构建碳骨架 3.碳链的成环 ① 酯化反应 a. 羟基酸(含有羧基(—COOH)和羟基(—OH)的有机物)(如2-羟基丙酸) : b. 多元醇与多元羧酸之间的酯化反应(如乙二醇与乙二酸)： 任务二 构建碳骨架 3.碳链的成环 ② Diels-Alder反应：含活泼双键或叁键的化合物(亲双烯体)与含共轭双键的化合物(双烯体)之间发生1，4-加成生成六元环状化合物的反应。 ＋ 催化剂 ③ 形成环醚 CH2 CH2 OH OH 一定条件 O +H2O 任务三 引入官能团 1.引入碳碳双键 CH2＝CH2↑＋H2O CH2 ＝ CH2↑＋NaBr＋H2O CH2 ＝ CHCl ① 醇的消去反应 ② 卤代烃的消去反应 ③ 炔烃的不完全加成反应 CH3CH2OH 浓硫酸 170℃ CH3CH2Br＋NaOH 乙醇 加热 CH≡CH＋HCl 催化剂 加热 任务三 引入官能团 2.引入碳卤键 ① 烃与卤素单质的取代反应 ② 醇与浓的氢卤酸(HX)的取代反应 ③ 不饱和烃的加成反应 ＋ Cl2 光照 CH3 ＋ Br2 FeBr3 CH3 ＋HCl CH2Cl ＋HBr CH3 Br CH3CH2Br＋H2O CH3CH2OH＋HBr 加热 CH2=CHCl CH≡CH＋HCl 催化剂 CH3CH2Br CH2＝CH2＋HBr 催化剂 CH3CHO＋H2 Ni 加热 任务三 引入官能团 3.引入羟基 ① 烯烃与水加成反应 ② 醛/酮与H2加成反应 ③ 卤代烃的水解反应 ④ 酯的水解反应 CH3CH2OH CH2＝CH2＋H2O 催化剂 加热 CH3CH2OH＋NaBr CH3CH2Br＋NaOH 水 加热 CH3CH2OH ＋H2 CH3 C O H3C Ni 加热 CH3 C OH H H3C CH3COOH＋C2H5OH CH3COOC2H5＋H2O 稀硫酸 CH3COONa＋C2H5OH CH3COOC2H5＋NaOH 2 2CH3CHO 任务三 引入官能团 4.引入醛基或酮羰基 ① 烯烃、醇的氧化反应 CH2＝CH2+O2 一定条件 CH2＝CHC= CHCH3 CH3 CO2 + HOOCC= O + HOOCCH3 CH3 CH3CH2OH+O2 Cu/Ag △ RCHR'＋O2 催化剂 △ OH ② 炔烃水化（加成反应） 催化剂 △ CH≡CH＋H2O CH3CHO 2 2CH3CHO+2H2O 2RCR'＋2H2O O ＝ 2 任务三 引入官能团 5.引入羧基 ① 醛的氧化反应 ② 酯、酰胺的水解反应 +O2 O 2CH3CH 加热 2CH3COOH CH3COOH＋C2H5OH CH3COOC2H5＋H2O 稀硫酸 CH3COONa＋C2H5OH CH3COOC2H5＋NaOH O CH3C NH2 +H2O +HCl 加热 CH3COOH +NH4Cl 任务三 引入官能团 5.引入羧基 ③ 某些醇、烯烃、炔烃、芳香烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应 RCOOH RCH2OH KMnO4 H+ R′ R″ C CH R KMnO4 H+ R′ R″ C O RCOOH RCOOH R—C≡CH KMnO4 H+ CH R′ R KMnO4 H+ COOH 二氢成CO2 一氢成酸 无氢成酮 一氢成CO2无氢成酸 与苯环相连的碳原子上至少连有一个氢原子才能被酸性KMnO4氧化。 任务三 引入官能团 6.引入酯基 CH3COOH＋C2H5OH 浓硫酸 △ ② 酰氯醇解 CH3COCl ＋ CH3OH 无水操作 ① 酯化反应 CH3COOC2H5＋H2O CH3COOC2H5＋HCl 任务四 官能团的转化与保护 醛 R'-CHO 卤代烃 R-X 醇 R-OH 羧酸 R'-COOH 酯 R'COOR 烃 取 代 氧化 还原 水 解 氧 化 酯化 水解 水解 酯化 不饱和烃 消去 加成 消去 加成 加聚 高聚物 1.官能团的转化 烃及其衍生物之间的相互转化是有机合成的基础。 任务四 官能团的转化与保护 2.官能团的保护 ① 醇羟基的保护：将羟基转化为醚键，使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的键。相关合成反应结束后，再在一定条件下脱除起保护作用的基团(保护基)，恢复羟基。 含有多个官能团的有机化合物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。 任务四 官能团的转化与保护 2.官能团的保护 ② 酚羟基的保护：酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH转变为—ONa保护起来，待氧化其他基团后再酸化将其转变为—OH。 ③ 碳碳双键的保护：碳碳双键易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与卤素单质、卤化氢等的加成反应将其保护起来，待氧化其他基团后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。 C＝C ＋HX —C—C— X H NaOH/醇 △ C＝C 任务四 官能团的转化与保护 ④ 醛基的保护：醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，保护一般是把醛基制成缩醛，最后再将缩醛水解得到醛基(常用乙二醇)。 ⑤ 氨基的保护：先通过取代反应使—NH2转化为酰胺基，待氧化其他基团后，再通过酰胺键的水解反应转化为—NH2 2.官能团的保护 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$