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选择性必修3

第五节 有机合成 第三章 烃的衍生物 第2课时 有机合成路线的设计与实施 有机合成路线的确定，需要在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上，进行合理的设计与选择，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。 一、有机合成的基本方法 1. 正合成分析法 （1）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 ＋H2O 催化剂/△ CH3CH2OH O2/Cu △ CH3CHO CH3COOH O2 催化剂/△ （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。 教材87页 一、有机合成的基本方法 2. 逆合成分析法（逆向设计图示） 基本思路是在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，目的是使得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物；接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来；依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。 应用体验：以乙烯为原料合成乙二酸二乙酯 目标分子 中间体 …… 原料分子 6 应用体验：以乙烯为原料合成乙二酸二乙酯 利用逆合成分析法设计有机合成路线的一般程序 以绿色合成思想为指导 目标化合物分子的碳骨架特征，以及官能团的种类和位置 由目标化合物分子逆推原料分子并设计合成路线 目标化合物分子碳骨架的构建，以及官能团的引入或转化 观察目标化合物分子的结构 对不同的合成路线进行优选 思考与讨论：乙二醇制得的两种方法 路线一 路线二（实际工业生产中选用） 请对比两条路线，分析生产中选择路线二的可能原因。 路线一 路线二（实际工业生产中选用） 使用了C12和NaOH 使用了O2和H2O，成本更低 第二步的取代反应有副产物，原子利用率低 原子利用率高 使用了有毒的C12和有腐蚀性的NaOH，对环境不友好 思考与讨论：乙二醇制得的两种方法 原料成本 环境保护 原子利用率 对环境友好 合成路线 归纳总结：有机合成的分析方法 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：原料→中间体→产品 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：产品→中间体→原料 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 01 02 03 04 合成步骤较少，副反应少，反应产率高 原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒 反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯 污染排放少 较低的经济成本和环境代价得到目标产物 归纳总结：最佳合成方法的选择 二、有机合成的发展史 （1）发展过程 随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展，有机合成的技术和效率不断提高。 20世纪初，维尔施泰特通过十余步合成颠茄酮，总产率仅有0.75%。 十几年后，罗宾逊改进了合成思路，仅用3步反应便完成合成，总产率达90%。 原料： 溶剂： 水 二、有机合成的发展史 （1）发展过程 R.B.Woodward (1917–1979) 现代有机合成之父 1965年获诺贝尔化学奖 一位不断向最复杂的天然有机物分子挑战的人 他完成的全合成有： 奎宁（1944年） 利血平（1956年） 胆甾醇（1951年） 马钱子碱（1954年） 羊毛甾醇（1954年） 叶绿素（1960年） 四环素（1963年） 维生素B12（1973年） 红霉素（1981年） 有机合成的R.B.Woodward时代 维生素B12 历时15年，100多人参加 红霉素 18个手性中心，可能的光学异构体218（262144个异构体之一），49人参加 有机合成的R.B.Woodward时代 二、有机合成的发展史 （1）发展过程 E.J.Corey (1928–) 1990年获诺贝尔化学奖 归纳并系统化了有机合成方法。将伍德沃德创立的合成艺术变为合成科学。 开创了运用计算机辅助有机合成路线设计程序（DCSS）。使 “逆合成分析原理”及有关原则、方法数字化。 完成了一百多种复杂天然产物的全合成。 有机化学合成的宗师级人物 1972年提出了具有严格逻辑性的“逆合成分析原理”，以及合成过程中的有关原则和方法。 有机合成的E.J.Corey时代 二、有机合成的发展史 （2）有机合成发展的作用 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。 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。 为化学、生物、医药、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。 红豆杉与紫杉醇 资料卡片 能够在加热时进行搅拌、温度监测、加料和冷凝回流等实验操作 实验室进行有机合成使用的一种典型装置 工业合成使用的反应釜 工业生产须在实验室研究的基础上进行小试、中试等规模放大研究，完善实验室研究所确定的反应条件，更多考虑工业化生产的设备选择、操作方法、成本控制和环境保护等因素，为正式生产提供依据。 18 $$