3.5.2有机合成路线的设计与实施 课件-2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

解说人：齐文 教研组：高中化学组 第三章　烃的衍生物 第五节 有机合成 第2课时 有机合成路线的设计与实施 新课探究 情景导入 人类历史上第一个合成的有机物尿素 新课探究 化学史实 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。 有机合成的发展史 新课探究 情景导入 多姿多彩的有机材料 【思考交流】如何设计路线合成这些复杂的有机材料？ 演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。大部分时间，它们都是在为观众服务。演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。大部分时间，它们都是在为观众服务。演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲报告等。大部分时间，它们都是在为观众服务。演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。 最终研究过程 新课探究 模型构建 1.设计：进行合理的设计与选择。 如果你是某塑料厂厂长，在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法后， 如何进一步确定有机合成路线呢？ 2.操作实施：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。 演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。大部分时间，它们都是在为观众服务。演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。大部分时间，它们都是在为观众服务。演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲报告等。大部分时间，它们都是在为观众服务。演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。演示文稿是一种实用的工具，可以是演示，演讲，报告等。 新课探究 模型构建 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 新课探究 有机合成路线设计 下面是合成乙二醇的两种路线,请比较分析生产中选择该路线二的可能原因。 对比两种合成路线： ①从原料成本的角度考虑，路线一使用了Cl2和NaOH而路线二使用了O2和H2O，成本更低； ②从原子利用率的角度考虑，路线一第二步的取代反应有副产物，原子利用率低，而路线二的原子利用率较高； ③从环境保护的角度考虑，路线一使用了有毒的Cl2和有腐蚀性的NaOH，对环境不够友好。 综合考虑以上因素，路线二更为合理。 路线一： 路线二： 新课探究 有机合成路线设计 有机合成路线设计遵循的原则 ①原料溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒性、低污染 ②尽量选择步骤最少的合成路线，步骤越少，产率越高。 总产率=各步反应产率的乘积 ③合成路线要符合“绿色环保”的要求，提高原子利用率，达到零排放或污染排放少 ④有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、产物易于分离提纯 ⑤要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实，选择最佳合成路线 新课探究 有机合成路线设计 以下为合成苯甲酸苯甲酯的两种路线，哪种方案更科学？ 路线1：步骤多，反应条件复杂，成本高，且使用较多的Cl2，不利于环境保护 路线2：步骤少，反应条件简单，成本低，且使用Cl2较少 路线1： 路线2： 新课探究 有机合成路线设计 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 较低成本 较高产率 操作简便 绿色化学 符合事实 新课探究 【阅读交流】阅读教材p87，归纳总结正合成分析法的方法模型。 1.正合成分析法 碳骨架和官能团等方面的异同的a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 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； 在此基础上，利用中间体的官能团，加上辅助原料，进行第二步反应，合成出第二个中间体…… 经过多步反应，最后得到具有特定结构和功能的目标化合物。 简单、易得 正合成分析法 新课探究 路径一：粮食发酵制备乙酸（食醋的生产） 路径二：石油化学工业合成乙酸 路径三：乙烯氧化制备乙酸 1 每步产率都为70%，计算方案二、三的最终产率。 产率34.3% 产率70% 结论：设计合成路线时尽可能减少反应步骤 请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸。 正合成分析法 新课探究 正合成分析法 【思考交流】请用流程图表示出最合理的合成路线。 (1)将乙醇转化成乙二醇(改变官能团的数目)。 (2)将1-丙醇转化成2-丙醇(改变官能团的位置)。 CH3CH2 CH2=CH2 170 ℃ △ — CH2—CH2 Br Br — — CH2—CH2 OH OH — CH3CH2CH2 CH3CH=CH2 △ CH3CH—CH3 Br — 一定条件 CH3CH—CH3 OH — 新课探究 【归纳整理】常见有机物合成路线设计 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 △ R—CH2CH2—OH [O] R—CH2CHO [O] R—CH2COOH 醇、浓硫酸 △ 正合成分析法 新课探究 【归纳整理】常见有机物合成路线设计 2.二元合成路线 二元醇 二元醛 二元羧酸 链酯、环酯、聚酯 X2 CH2=CH2 X—CH2CH2—X NaOH水溶液 △ HO—CH2CH2—OH [O] OHC—CHO [O] HOOC—COOH 浓硫酸 △ 卤代烃 正合成分析法 新课探究 正合成分析法 【归纳整理】常见有机物合成路线设计 3.芳香族化合物合成路线 CH2OH NaOH水溶液 △ CHO [O] COOH [O] 芳香酯 浓硫酸 醇、△ Cl Cl2 FeCl3 ② OH ① NaOH水溶液、 △ ② H+ CH3 CH2Cl 光照 Cl2 ① 新课探究 逆合成分析法 从目标化合物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间体，逐步推向已知原料 解题方法 ①观察目标分子结构，即目标分子的碳架特征，以及官能团的种类和位置 ②由目标分子逆推原料分子，并设计合成路线，即目标分子碳架的构建，以及官能团引入和转化 ③依据绿色合成的思想，对不同的合成路线进行优选 目标化合物 基础原料 中间体 中间体 关键 切断键位置 新课探究 逆合成分析法 典例：以乙烯为原料，合成乙二酸二乙酯。 OC2H5 OC2H5 C C O O C2H5OH OH OH C C O O 目标化合物 基础原料 中间体 ⑤ CH2 CH2 ④ OH OH H2C H2C ③ Cl Cl H2C H2C ② CH2 CH2 ① 新课探究 逆合成分析法 合成路线设计： H2O 催化剂,△,加压 NaOH/水 △ Cl2 催化剂 △ 催化剂 △ CH2=CH2 O2 催化剂，△ H2O 加压，△ 步骤可用以下替代，分析生产中选择该路线的可能原因 新课探究 逆合成分析法 请设计以甲苯为原料合成苯甲酸苯甲酯的合成路线，苯甲酸苯甲酯结构如下： 合成路线: －C－O－CH2－ O 新课探究 有机合成分析法 氟他胺 2.（课本92页第7题）氟他胺是一种抗肿瘤药，在实验室由芳香烃A制备氟他胺的合成路线如下所示： （1）芳香烃A的名称是 。 甲苯 （2）反应③、④的反应类型： 、 。 取代反应 还原反应 新课探究 有机合成分析法 （3）写出反应⑤的反应方程式；吡啶是一种有机碱，其在反应⑤中的作用？ 吡啶作用：吸收产生的HCl，提高反应物转化率 （4）设计合成路线：以苯甲醚 为原料制备对甲氧基乙酰苯胺 浓硫酸 浓硝酸 Δ Fe/HCl CH3COCl 吡啶 新课探究 逆合成分析法 【思考与讨论5】香豆素是一种用途广泛的香料，可用于配制香精以及制造日用化妆品和香皂等。某同学设计的香豆素的合成路线为： 分析上述合成过程中，碳骨架是通过什么反应构建的？官能团是通过什么反应转化的？ 新课探究 温故知新 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 新课探究 有机合成分析法 分析方法 内 容 正合成 分析法 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体，逐步推向待合成有机化合物，其思维程序： 逆合成 分析法 采用逆向思维方法，从产品的组成、结构、性质入手，找出合成所需要的直接或间接的中间体，逐步推向已知原料，其思维程序： 综合 比较法 采用综合思维的方法，将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较，从而得到最佳合成路线 有机合成的分析方法 新课探究 有机合成分析法 【例1】以 和 为原料合成 ，请用合成反应的流程图表示出最合理的合成方案(注明必要的反应条件)。 提示：① ； ③合成反应流程图示例如下(无机试剂可任选)： 新课探究 有机合成分析法 其逆合成分析思路为： 由此确定可按以上6步合成 。 新课探究 有机合成分析法 新课探究 有机合成分析法 三颈烧瓶 球形冷凝管 (冷凝回流) 恒压滴液漏斗 便于液体顺利流下 图3-32工业合成使用的反应釜 在加热时进行搅拌、温度监测、加料和冷凝回流等实验操作。 课堂练习 1.环戊酮( ） 常用作医药、香料、合成橡胶、农药的中间体，其可由环戊烯经三步反应合成： ， 反应1、2和3的反应类型依次是（ ） A.加成反应，取代反应，消去反应 B.加成反应，水解反应，氧化反应 C.取代反应，水解反应，还原反应 D.加成反应，消去反应，氧化反应 B HBr NaOH水溶液 △ O2 Cu,△ 加成反应 水解反应 氧化反应 1: 课堂练习 C 课堂练习 3.有机合成在创新药研发中应用十分广泛，有机化合物F是目前最好的前列腺抗癌药物，其合成路线如右： 已知：①取代基—CH3可表示为Me； 课堂练习 (1)下列说法正确的是____(填字母)。 A.A→D的反应类型分别是取代反应、 还原反应、氧化反应 B.化合物F的分子式为C21H16N4O2F4S C. 中有手性碳原子 D.由甲苯合成A的过程是先将甲苯氧 化为苯甲酸，然后再进行卤代 B 均为取代反应 √ 均为甲基，无手性碳原子 由已知信息③可知，甲苯 A物质 F2、Br2 Fe 酸性KMnO4溶液 课堂练习 (2)写出由甲苯合成 的路线图，条件不用标出，无机化合物任选。 Fe H+ 新课探究 有机合成分析法 酯化 酯 -COO- 炔烃 -C≡C- 烯烃 -C=C- 烷 烃 卤代烃 -X 醇 -OH 醛 -CHO 羧酸 -COOH H2加成反应 H2加成反应 X2卤代 水解(或取代) 反应 HX取代反应 氧化 还原 氧化 酯化 水解 水解 加成 反应 加成 反应 消去 反应 加成反应 消去反应 Lavf58.20.100 ②RCH2CH==CH2＋Cl2RCHClCH==CH2＋HCl； ABC……→H。 解析　本题可用逆合成法解答，其思维过程为 →……→→……→ 2.在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是(　　) B．CH3CH2BrCH2===CH2CH2—CH2 C．CH3CHOCH3COOHCH3CO18OC2H5 D．CH2===CH2CH3CH2OHCH3COOH　 ②RCOOHRCOOR′； ③ 或 ；苯 甲酸卤代时，主要生成间位产物。 $$