5.3 有机合成设计（教学课件）化学苏教版选择性必修3

人类的寿命 01 02 03 04 05 人类的寿命是随着社会文明的进步而延长 公元前，只有18岁 古罗马时代，延长到了22岁 19世纪的英国，达到了41岁 20世纪初，全球不足50岁 2020年已达72.6岁 人类为何越来越长寿？ 引·新课导入 20世纪以来在有机合成方面获诺贝尔化学奖的重要事件 1902 年，费歇尔（E.Fischer，德国）因糖类和嘌呤类化合物的合成而获奖。 1912 年，格林尼亚（V.Grignard，法国）因发明了格林尼亚试剂，通过生成有机金属中间体，实现从有机小分子合成大分子的重要方法而获奖。 1937 年，哈沃斯（S.Haworth，英国）因发现了糖类环状结构和合成维生素 C 而获奖。 1950 年，狄尔斯（O.Diels，德国）和阿尔德（K.Alder，德国）因发现了双烯合成反应而获奖。 1963 年，齐格勒（K.Ziegler，德国）和纳塔（G.Natta，意大利）因发现了有机金属催化烯烃定向聚合，实现了乙烯的常压聚合和丙烯的定向有规聚合而获奖。 1965 年，有机合成大师伍德沃德（R.Woodward，美国）因先后合成了奎宁、胆固醇、可的松、叶绿素和利血平等一系列复杂有机分子和有机配体配合物而获奖。之后，他又合成出结构复杂的维生素 B12。 1984 年，梅里菲尔德（R.Merrifield，美国）因发明了多肽固相合成法而获奖。 1987 年，彼德森（C.Pedersen，美国）、克拉姆（D.Cram，美国）和莱恩（J.-M.Lehn，法国）三人先后发现了一类具有特殊结构和性质的环状化合物 , 并创建了“超分子的”化学，为实现人们长期寻求合成与天然蛋白质功能一样的有机化合物这一目标取得了开拓性的成就而获奖。 1990 年，科里（E.Corey，美国）因在长叶松烯、前列腺素等近 100 个天然产物的全合成工作中总结和提出了“逆合成分析法”而获奖，直接影响到合成路线的策略。科里的贡献促进了有机合成化学的快速发展。 2000 年，黑格（A.Heeger, 美国）、马克迪尔米德（A.MacDiarmid, 美国）和白川英树（H.Shirakawa, 日本）因对导电塑料的发现作出的杰出贡献而获奖。 2001年，诺尔斯（W.Knowles，美国）、野依良治（R.Noyori，日本）和夏普雷斯（K.Sharpless，美国）因在不对称合成方面取得的成果而获奖，为合成具有新特性的分子和物质开创了一个全新的研究领域。现在，许多抗生素、消炎药和心脏病药物都是根据他们的研究成果制造出来的。 2005 年，肖万（Y.Chauvin，法国）、格拉布（R.Grubbs，美国）和施罗克（R.Schrock，美国）因在有机化学的烯烃复分解反应研究方面作出的贡献而获奖。烯烃复分解反应广泛应用于生产药品和先进塑料等材料，使生产效率更高、产品更稳定，而且产生的有害废物较少。 2010 年，赫克（R.Heck，美国）、根岸英一（E.Negishi，日本）和铃木章（A.Suzuki，日本）因其创造的“钯催化的交叉偶联方法”能够使稳定的碳原子更容易联结在一起形成复杂的碳基分子，同时有效避免了过多不必要的副产品的产生而获奖。 2016 年，索维奇（J.-P.Sauvage，法国）、斯托达特（J.Stoddart，英国）、费林加（B.Feringa，荷兰）因在“设计和合成了行动可控、在给予能源后可执行任务的分子机器”方面作出的贡献而获奖。 专题5 药物合成的重要原料 ——卤代烃、胺、酰胺 5.3.1　 有机合成 设计 苏教版选择性必修3 伍德沃德 有机合成的奇才 2 有机物基团间的相互影响 1 知识导航 有机合成的一般过程 3 重要有机物之间的相互转化 知识导航 明·学习目标 3. 知道有机合成的步骤能运用逆合成分析法设计简单的有机合成路线。 1. 比较常见官能团的结构和特征反应，能举例说明有机物中基团之间的相互影响。 2. 能从官能团入手揭示一定条件下有机物之间的相互转化关系，能完成官能团的转化和官能团保护。 力的作用是相互的 穿着冰鞋的小孩用手推墙 会感到墙在推他 他自己也会后退 甲苯的性质是不是 苯和甲烷性质的简单加和？ 基团间会不会相互影响？ 探·知识奥秘 ~ 6 01 有机物基团间的相互影响 有机物基团间的相互影响 同烷 Cl2 取代 KMnO4不反应 同苯 Cl2 取代 H2 加成 KMnO4不反应 性质预测 反应事实 原因分析 分析甲苯与苯、甲苯与甲烷性质差异的原因可能是什么？ 有机物分子中基团间相互影响，导致定位效应或新的性质。 苯环受到甲基的影响，更容易发生取代反应 甲基受到苯环的影响，更容易发生氧化反应 结论：苯基(邻、对位活化)和烷基互相活化！ 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 基团间相互影响 苯环与烃基之间 烃基影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易被取代 苯环影响烃基，使侧链能被强氧化剂氧化 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 苯环上所连基团对苯环上取代反应的影响 资料在线 （1）邻、对位定位基： －R(烷基)、－NH2、－OH使苯基上邻、对位的氢原子更容易被取代。 （2）间位定位基： －NO2、－COOH、－CHO使苯基上间位的氢原子更容易被取代。 探·知识奥秘 有机物中碳原子的成键特点 0.01 mol·L－1 NaOH溶液 测pH 0.01 mol·L－1 NaOH溶液 少量无水乙醇 测pH 加入乙醇的试管中pH不变 0.01 mol·L－1 NaOH溶液 测pH 0.01 mol·L－1 NaOH溶液 少量苯酚 测pH 加入苯酚的试管中pH减小 微观解释： 苯酚分子中的苯基影响了与其相连的羟基上的氢原子，促使它比乙醇分子中羟基上的氢原子更易电离。 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 基团间相互影响 苯环与烃基之间 烃基影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易被取代 苯环影响烃基，使侧链能被强氧化剂氧化 苯环与羟基之间 酚中苯基影响了羟基上的氢原子，促使它更易电离 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响   苯 苯酚 反应物 __________ ____________ 反应条件 __________ _____ 被取代的H数 ___ ___ 反应速率 ____ ____ 微观解释 苯、液溴 苯酚、溴水 常温 3 快 慢 1 Fe、常温 比较苯和苯酚的溴代反应 羟基影响了与其相连的苯基上的氢原子，使邻、对位的氢原子更活泼，更容易被其他原子或原子团取代。 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 基团间相互影响 苯环与烃基之间 烃基影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易被取代 苯环影响烃基，使侧链能被强氧化剂氧化 苯环与羟基之间 酚中苯基影响了羟基上的氢原子，促使它更易电离 酚中羟基影响了苯基上的氢原子，使邻、对位的氢原子更活泼 探·知识奥秘 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 中性 酸性 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 基团间相互影响 苯环与烃基之间 烃基影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易被取代 苯环影响烃基，使侧链能被强氧化剂氧化 苯环与羟基之间 酚中苯基影响了羟基上的氢原子，促使它更易电离 酚中羟基影响了苯基上的氢原子，使邻、对位的氢原子更活泼 ＞C=O与-OH之间 -OH受＞C=O的影响，-O—H更易断裂 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 中性 酸性 与H2加成 与H2 不加成 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 基团间相互影响 苯环与烃基之间 烃基影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易被取代 苯环影响烃基，使侧链能被强氧化剂氧化 苯环与羟基之间 酚中苯基影响了羟基上的氢原子，促使它更易电离 酚中羟基影响了苯基上的氢原子，使邻、对位的氢原子更活泼 ＞C=O与-OH之间 -OH受＞C=O的影响，-O—H更易断裂 ＞C=O受-O-H的影响，C=O不易断裂 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 基团间相互影响 苯环与烃基之间 烃基影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易被取代 苯环影响烃基，使侧链能被强氧化剂氧化 苯环与羟基之间 酚中苯基影响了羟基上的氢原子，促使它更易电离 酚中羟基影响了苯基上的氢原子，使邻、对位的氢原子更活泼 ＞C=O与-OH之间 -OH受＞C=O的影响，-O—H更易断 ＞C=O受-O-H的影响，C=O不易断 官能团与α-H之间 -COOH影响α-H α-H与X2取代 -CHO影响α-H α-H与-CHO加成 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 基团间相互影响 苯环与烃基之间 烃基影响苯环，使苯环上的氢原子比苯更易被取代 苯环影响烃基，使侧链能被强氧化剂氧化 苯环与羟基之间 酚中苯基影响了羟基上的氢原子，促使它更易电离 酚中羟基影响了苯基上的氢原子，使邻、对位的氢原子更活泼 ＞C=O与-OH之间 -OH受＞C=O的影响，-O—H更易断 ＞C=O受-O-H的影响，C=O不易断 官能团与α-H之间 -COOH影响α-H α-H与X2取代 -CH影响α-H α-H与-CHO加成 官能团与β-H之间 -OH影响β-H β -H与-OH消去 影响β-H β -H与 消去 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 CH3CH2OH CH2＝CH2↑＋H2O 2CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3＋H2O CH3CH2Br＋NaOH CH3CH2OH ＋H2O CH3CH2Br＋NaOH CH2＝CH2↑＋NaBr＋H2O 醇的脱水反应在不同温度下主要产物不同，卤代烃与碱反应在不同的溶剂中主要产物也不同。 在研究有机化学反应时，要同时关注反应所用的溶剂和反应条件的影响。 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 其他因素对产物影响 温度 乙醇140 ℃ 取代反应 乙醇170 ℃ 消去反应 溶剂 NaOH/水 卤代烃取代反应 NaOH/醇 卤代烃消去反应 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 卤代烃的取代反应和消去反应同时存在，相互竞争，我们可以通过控制条件使某类反应为主。 研究发现，对于卤代烃而言，卤素原子直接相连的碳上氢越多的越容易发生取代反应，反之，容易发生消去反应。对进攻试剂(如上述反应中的KOH)而言，碱性越强，越容易发生消去反应，反之，容易发生取代反应。 所以，在利用这些反应合成物质时，要根据需求合理地选择条件。 已知C2H5ONa+H2O→C2H5OH+NaOH，利用已学知识和材料信息，分析C2H5ONa和(CH3CH2)3CBr反应会生成什么产物。 CH3CH2C＝CHCH3 CH2CH3 在研究有机化学反应时，要同时关注反应物结构的影响。 探·知识奥秘 有机物基团间的相互影响 其他因素对产物影响 温度 乙醇140 ℃ 取代反应 乙醇170 ℃ 消去反应 溶剂 NaOH/水 取代反应 NaOH/醇 消去反应 结构 卤代烃α-H越多 易发生取代反应 卤代烃α-H越少 易发生消去反应 探·知识奥秘 　 1. 有机物分子中原子间（或原子与原子团间）的相互影响会导致其化学性质的不同。下列各项事实不能说明上述观点的是 A．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．乙烯能发生加成反应，而乙烷不能发生加成反应 C．苯酚能和氢氧化钠溶液反应，而乙醇不能和氢氧化钠溶液反应 D．苯酚苯环上的氢原子比苯分子中的氢原子更容易被卤原子取代　　　　 析·典型范例 2. 有机物分子中原子间(或原子与原子团间)的相互影响会导致物质化学性质的不同。下列事实不能说明上述观点的是 A．苯酚能跟NaOH溶液反应，乙醇不能与NaOH溶液反应 B．苯能发生加成反应，环己烷不能发生加成反应 C．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．甲苯与苯酚发生溴代反应的条件和产物有很大的不同 析·典型范例 3. 下列说法不符合事实的是 A．苯酚的水溶液呈酸性，说明苯环对羟基有影响，使羟基变得活泼 B．甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，说明苯环活化了甲基 C．苯酚和溴水发生反应产生沉淀，说明苯环对酚羟基产生影响 D．甲苯和浓硝酸、浓硫酸发生反应生成2，4，6-三硝基甲苯，说明甲基活化了苯环的邻、对位的氢原子 析·典型范例 02 重要有机物之间的相互转化 重要有机物之间的相互转化 请在图中所列有机化合物之间加上箭头以表示它们之间的转化关系(图中醛和羧酸之间的红色箭头表示醛可以直接转变为羧酸。请在图中所列有机化合物之间加上箭头以表示它们之间的转化关系。 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 写出有关转化关系中所涉及反应的化学方程式。 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 请根据转化关系，归纳出在有机化合物分子中引入常见官能团的方法。 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 一元合成路线 (官能团衍变) 知识回顾 卤代烃 → 一元醇 → 一元醛 → 一元羧酸 → 酯 CH3CH2Br CH3COOCH2CH3 → CH3CH2OH → CH3CHO → CH3COOH CH3CH2OCH2CH3 R—CH═CH2 → RCH2Cl→RCH2OH→RCHO→RCOOH→RCOOCH2R CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 二元合成路线 HOOCCOOCH2CH2OH 链酯 聚酯 HOCH2CH2OCH2CH2OH CH3CH2Br CH3CH2OH 或 知识回顾 环酯 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 芳香化合物合成路线 知识回顾 芳香酯 酸性KMnO4 探·知识奥秘 水仙花 水仙花外观艳丽，香气四溢。 香味来自——苯甲酸苯甲酯 它可用做香料、食品添加剂及一些香料的溶剂，还可用于做塑料、涂料的增塑剂。 重要有机物之间的相互转化 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 水仙花中苯甲酸苯甲酯含量很低，要从中提取，需大面积种植，不现实！ 你能以甲苯为主要原料(其它原料及无机试剂任选)，利用所学的知识设计合成苯甲酸苯甲酯的方案吗？ 问题解决 甲苯 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 请你结合设计体会，说说有机合成的关键是什么？ 请你试一试 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 有机合成的主要任务 01 02 03 构建碳骨架 引入官能团 官能团的保护 碳链的增长和缩短、成环 途径：取代、加成、消去、氧化、还原 防止官能团被氧化或被还原 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 构建碳骨架 碳链增长 已学的哪些反应，可以使碳链的增长？ 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 构建碳骨架 碳链增长 加聚反应 n n 缩聚反应 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 酚与醛 酚醛树脂 二元酸与二元醇 缩聚反应 ＋ ＋2 H2O n n n n 羟基酸 ＋ H2O n n n 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 构建碳骨架 碳链增长 加聚反应 n n 缩聚反应 酯化反应 信息反应 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 R1—Br＋R2—C☰CNa→R2—C☰C—R1 ＋NaBr HO-H 信息反应 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 构建碳骨架 碳链增长 加聚反应 n n 缩聚反应 酯化反应 信息反应 碳链缩短 已学的哪些反应，可以使碳链的缩短？ 氧化反应 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 烯、炔的部分氧化，丁烷的直接氧化成乙酸，苯的同系物氧化成苯甲酸等 ＋ 氧化反应 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 碳链增长 加聚反应 n n 缩聚反应 酯化反应 信息反应 碳链缩短 氧化反应 水解反应 酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解等 碳链成环 构建碳骨架 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 成环反应 ❶ 酯化反应： ＋ ＋H2O ❷ 第尔斯-阿尔德反应： ＋ 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 ＋ 看我七十二变 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 如何由乙醇制备1，1—二溴乙烷？ 问题解决 CH2＝CH2 涉及官能团的消除与引入 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 碳碳双键引入 ❶ 碳卤键的消去 ❷ 醇羟基的消去 ❸ 碳碳三键的不完全加成 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能团引入 碳碳双键 碳卤键的消去 醇羟基的消去 碳碳三键的不完全加 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 碳卤键引入 ❶ 烷、苯及同系物的取代 R-H＋X2 R-X＋HX 光照 ＋X2 ＋HX 催化剂 ❷ 碳碳双键或三键的加成 ＋X2 ❸ 醇羟基的取代、酚的取代 R-OH＋HX R-X＋H2O 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能团引入 碳碳双键 碳卤键的消去 醇羟基的消去 碳碳三键的不完全加 碳卤键 烷、苯及同系物的取代 碳碳双键或三键的加成 醇羟基的取代、酚的取代 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 羟基引入 ❶ 碳碳双键与水的加成 ＋H2O 催化剂 ❷ 碳卤键的取代 R-X＋NaOH R-OH＋NaX H2O ❸ 醛基或酮羰基的加H2还原 ＋H2 RCH2OH 催化剂 ❹ 酯基的水解 R1COOR2＋H2O R1COOH＋R2OH 稀H2SO4 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能团引入 碳碳双键 碳卤键的消去 醇羟基的消去 碳碳三键的不完全加 碳卤键 烷、苯及同系物的取代 碳碳双键或三键的加成 醇羟基的取代、酚的取代 羟基 碳碳双键与水的加成 碳卤键的取代 醛基或酮羰基的加H2还原 酯基的水解 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 醛基引入 ❶ 碳碳双键的氧化 ＋ ❷ 伯醇羟基的氧化 ❸ 二元醇脱水 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能团引入 碳碳双键 碳卤键的消去 醇羟基的消去 碳碳三键的不完全加 碳卤键 烷、苯及同系物的取代 碳碳双键或三键的加成 醇羟基的取代、酚的取代 羟基 碳碳双键与水的加成 碳卤键的取代 醛基或酮羰基的加H2还原 酯基的水解 醛基 伯醇羟基的氧化 二元醇脱水 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 酮羰基引入 ❶ 仲醇羟基的氧化 ❷ 碳碳双键的氧化 ＋ 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能团引入 碳碳双键 碳卤键的消去 醇羟基的消去 碳碳三键的不完全加 碳卤键 烷、苯及同系物的取代 碳碳双键或三键的加成 醇羟基的取代、酚的取代 羟基 碳碳双键与水的加成 碳卤键的取代 醛基或酮羰基的加H2还原 酯基的水解 醛基 伯醇羟基的氧化 二元醇脱水 酮羰基 仲醇羟基的氧化 碳碳双键的氧化 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 酯基引入 ❶ 羟基与羧基的酯化 R1COOH＋R2OH R1COOR2＋H2O ❷ 信息反应 ＋ ＋ HCl 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能团引入 碳碳双键 碳卤键的消去 醇羟基的消去 碳碳三键的不完全加 碳卤键 烷、苯及同系物的取代 碳碳双键或三键的加成 醇羟基的取代、酚的取代 羟基 碳碳双键与水的加成 碳卤键的取代 醛基或酮羰基的加H2还原 酯基的水解 醛基 伯醇羟基的氧化 二元醇脱水 酮羰基 仲醇羟基的氧化 碳碳双键的氧化 酯基 羟基与羧基的酯化 信息反应 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 1. 由乙醇制备乙二醇 官能团数目的改变 2. 合成 牛刀小试 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能团位置的改变 1. 1—氯丙烷合成2—氯丙烷 2. 1—丙醇合成2—丙醇 牛刀小试 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能团种类的改变 写出用2-苯基乙醇为原料（其他无机试剂任选）制备化合物苯乙炔的合成路线。 牛刀小试 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 下列两个有机合成设计流程有何特点？ 其设计的目的是什么？ 保护羰基不被反应 保护酚羟基不被氧化 问题探究 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 含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， 此时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。 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能 团的保护 概念 通过反应把非目标的官能团转化成稳定的状态，稍后再通过反应复原。 中学有机化学中涉及到需要保护的基团有： 易被氧化的基团： -CHO、＞C＝C＜、-OH、-NH2等 易被还原的基团： -CHO、＞C＝C＜等 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 以石油裂解气为原料，通过一系列化学反应可得到重要的化工产品增塑剂G。 反应②③的目的是： 。 保护碳碳双键，防止下一步被氧化造成碳链断开 问题探究 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能 团的保护 概念 通过反应把非目标的官能团转化成稳定的状态，稍后再通过反应复原。 碳碳双键的保护 碳碳双键也容易被氧化，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 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 食品添加剂必须严格按照食品安全国家标准(GB2760-2011) 的规定使用。作为食品添加剂中的防腐剂G可经下列反应路线得到(部分反应条件略)： 经反应A—→B和D—→E保护的官能团是_______。 感受﹒ 理解 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能 团的保护 概念 通过反应把非目标的官能团转化成稳定的状态，稍后再通过反应复原 碳碳双键的保护 酚羟基的保护 可先将羟基转化为醚键，使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。待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。 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 或 酚羟基易被氧化，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。 羟基的保护 探·知识奥秘 将 直接氧化能得到 吗? 如不能,请写出合理的转化路线图。 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 挑战自我 已知： 写出由 合成 路线图。 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能 团的保护 概念 通过反应把非目标的官能团转化成稳定的状态，稍后再通过反应复原 碳碳双键的保护 羟基的保护 可先将羟基转化为醚键，使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。待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。 醛基/酮羰基的保护 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 已知： ①烯烃能被碱性高锰酸钾溶液氧化为二元醇： RCH＝CHR'→RCH(OH)CH(OH)R’ ②醛能发生如下反应生成缩醛： RCHO＋2R'OH→RCH(OR')2＋H2O ③缩醛比较稳定，与稀碱和氧化剂均能反应，但在稀酸中温热，会水解为原来的醛。 请以CH2＝CHCHO、乙二醇为原料合成CH2(OH)CH(OH)CHO。 考考你自己 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 考考你自己 探·知识奥秘 重要有机物之间的相互转化 官能 团的保护 概念 通过反应把非目标的官能团转化成稳定的状态，稍后再通过反应复原 碳碳双键的保护 羟基的保护 可先将羟基转化为醚键，使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。待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。 醛基/酮羰基的保护 氨基的保护 ROH 胺基易被O2、O3、H2O2等氧化 探·知识奥秘 已知：① 苯胺易被氧化 ② 请设计合适的合成方案,以甲苯为原料制备 。 探·知识奥秘 1. 下列反应可以使碳链增长的是 A．CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热 B．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热 C．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的水溶液共热 D．CH3CH2CH2CH2Br(g)和Br2(g)光照 析·典型范例 2. 若两种官能团能与同一试剂反应，而实际只需与其中一种的官能团反应，如何处理？ 写出由 合成 路线图。 析·典型范例 3. 请画出由石油裂解产物乙烯制取HOCH2COOH的路线。 CH2＝CH2 HOCH2COOH 已知： RCH2COOH RCHBrCOOH CH2＝CH2 CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH CH2BrCOOH CH2OHCOONa CH2OHCOOH 析·典型范例 03 有机合成 的一般过程 有机合成的一般过程 宇航员的服装能使太空的人处于加压状态，供给宇航没问生命所需的氧气，控制温度和湿度，防止辐射，还要经得起微流星的冲击。 宇航服中已经应用了一百三十多种新型材料，其中多数是有机合成材料。 密闭头盔由透明聚碳酸酯组成，密闭服由耐高温的防火聚酰胺纤维织物等特殊材料组成。宇航服面罩是由碳材料制成的金刚石膜。 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 一座年产万吨的合成纤维厂相当于30万亩棉田或250万头绵羊的棉毛产量。 合成纤维 一座年产8万吨的合成橡胶厂相当于145万亩橡胶园的年产量。 合成橡胶 有机合成的贡献 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 发酵法： 问题解决 由粮食制备食醋 合成法： 旧工艺：乙烯为原料，请你设计合理的路线合成乙酸。 CH2＝CH2 CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH 分析该合成过程中官能团的变化。 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 正向合成分析法 ❶ 比较原料分子和产物分子在碳骨架和官能团等方面的异同，再有目的地选择每一步的转化反应 ❷ 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 ❸ 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…… ❹ 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 基础原料 辅助原料 中间体Ⅰ 副产物 中间体Ⅱ 辅助原料 副产物 目标分子 探·知识奥秘 1 学习 16岁就以优异的成绩，考入麻省理工学院。是全班中年龄最小的学生，素有“神童”之称，学校为了培养他，为他一人单独安排了许多课程。只用了3年时间就学完了大学的全部课程，并以出色的成绩获得了学士学位。 2 荣誉 被提名111次，1965年荣获诺贝尔化学奖 一生获得20多个学位 3 成就 现代有机合成之父——伍德沃德 合成的各种极难合成的复杂有机化合物达24种以上，所以他被称为“现代有机合成之父” 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 181个原子 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 组织了来自41 个国家的110位化学家，协同攻关，做了近千个复杂的有机合成实验，历时11年，终于在他去世前几年完成了复杂的VB12合成工作。 化学史话 伍德沃德与其他科学家合作研究 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 最初，VB12只能从动物的内脏中经人工提炼获得，产率极低 ！ 假如时光倒流, 你能有幸跟当年那些科学大师直接对话或间接交流的话,能否给这些困扰中的科学巨匠提一点小小的建议,面对如此复杂的VB12结构，你们有没有一些简单而大胆的设想? 如何合成？ 切割拼接法 伍德沃德设计了一个拼接式合成方案，即先合成维生素B12的各个局部，然后再把它们对接起来。 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 诺贝尔化学奖与逆合成分析理论 1967年美国有机化学家科里(Elias James Corey)，他提出了具有严格逻辑性的“逆合成分析原理”，由于科里提出有机合成的“逆合成分方法”并成功地合成50多种药剂和百余种天然化合物，对有机合成有重大贡献，而获得1990年诺贝尔化学奖。 科学家简介 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 化学式为C4H6O2，为无色结晶性粉末或无色透明液体 ，溶于水，溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂，是重要的有机化工原料和聚合物的中间体。 甲基丙烯酸 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 你能用2-甲基-丙烯合成甲基丙烯酸？ 目标分子 起始原料 前体 1 前体 2 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 逆向合成分析法 剖析目标分子 ❶ 从目标分子出发，在目标分子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前体经过反应可以得到目标分子 ❷ 接下来继续断开前体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的前体反应得来 ❸ 依次倒推，最后确定最适宜的起始原料和合成路线 找前体 把目标分子化学键切断，分解成不同的前体 在何处切断？ 官能团处 碳杂键处 （如C—N、C—O） 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 隐形眼镜 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 请设计合成聚甲基丙烯酸羟乙酯路线图。 问题探究 聚甲基丙烯酸羟乙酯 原料：乙烯、丙酮、溴、HCN 信息： 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 CH2＝CH2 HCN 原料：乙烯、丙酮、溴、HCN 信息： 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 柳树的根、皮、枝、叶均可入药，有清扫解毒、防风利尿的功效。 1838年意大利化学家皮里亚从柳树皮中分离出了消炎止痛的有效成分——水杨酸。 2-羟基苯甲酸 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 挑战自我 请同学们以甲苯或苯酚为原料设计合成水杨酸的路线。 已知： ＋CH3Br ＋HBr 探·知识奥秘 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 德国著名化学家科尔贝 1818年9月27日出生 科学家简介 最早使用“合成”(synthesis) 这个词表示现代意义上的有机合成。 1860年由酚和二氧化碳合成水杨酸称为柯贝尔--施密特反应。 早期搞有机合成的人之一。1845他用二硫化炭、氯气和水合成醋酸。 此反应使水杨酸能大量制造，这最终导著名的药物----乙酰水杨酸(阿司匹林)的廉价生产。 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 科尔贝于1859年提出的方法： 请你评价三种方法。 ❶对位产物，需提纯 ❷碳溴键水解因难 对位产物，需提纯 科尔贝法步骤少，原料CO2成本低 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 逆向合成分析法 剖析目标分子 ❶ 从目标分子出发，在目标分子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前体经过反应可以得到目标分子 ❷ 接下来继续断开前体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的前体反应得来 ❸ 依次倒推，最后确定最适宜的起始原料和合成路线 找前体 把目标分子化学键切断，分解成不同的前体 合成原则 步骤少 原料易得、廉价 环保 操作安全 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 水杨酸用于治疗关节炎引起的疼痛及流感引起的发热。 副作用 ——酸性使胃酸反流，胃部有灼热感，苦不堪言。 费利克斯·霍夫曼 1894年，德国拜耳公司的费利克斯·霍夫曼，改进了水杨酸的结构，制得了 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 1897年8月，霍夫曼用水杨酸与乙酸酐制备了阿司匹林。 资料在线 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 阿司匹林的副作用 ——长效缓释阿司匹林的合成 阿司匹林存在问题——由于具有抗凝血功能，长期服用会引发消化道出血。 具有抗凝血功能，阿司匹林可作为抗血栓的药物，但给药量要减少，且不能被人体快速吸收，需要缓慢吸收，才能达到长时间预防血栓的作用。 1982年，拜尔公司将阿司匹林与聚甲基丙烯酸羟乙酯反应，得到了缓释阿司匹林，作为抗血栓的长效药使用，且减少了每天吃药的次数。 身边的化学 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 请以阿司匹林、丙酮、乙二醇为原料合成缓释阿司匹林，画出合成路线。 已知： 请你试一试 缓释阿司匹林 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 探·知识奥秘 有机合成的一般过程 探·知识奥秘 1. 写出以苯酚和HCHO为原料制备 的合成路线流程图。 析·典型范例 2. 写出以 和 为原料制备 的合成路线流程图。（无机试剂和乙醇任用 ） 已知： 析·典型范例 3. 敌草胺是一种除草剂。它的合成路线如下： 写出以苯酚和乙醇为原料制备 的合成路线流程图（无机试剂任用）。 析·典型范例 析·典型范例 课堂小结 探究“基团间相互影响”一般思路 预测 基团间相互影响 化学键的极性变化 选择 比较对象 选取试剂，设计实验 观察 定位效应或新的性质 课堂小结 有机合成的主要任务 构建碳骨架 增长 缩短 成环 官能团转化 引入 消除 位变 数变 官能团保护 保护基团的反应，一般除被保护基团外，对其他基团不产生影响 保护基团必须经受得起在保护阶段的各种反应条件 保护反应较容易进行，被保护基团应易于还原出来，且分离提纯方便 课堂小结 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 正向、逆向设计合成路线 增长和缩短、成环等过程 有机合成概述 建立物质转化观 整合有机反应 以转化的思想认识各类物质性质 从断键的位置再认识官能团的性质 转化过程中逆推的思想和原则 从目标分子结构判断中间体的官能团 从化学键的特点还原出中间体 从中间体还原出原料库中的材料 课堂小结 课堂小结 逆推法有机合成路线设计的一般程序 观察目标分子的结构 由目标分子逆推原料分子并设计合成路线 对不同的合成路线进行优选 目标分子的碳骨架特征，以及官能团的种类和位置 目标分子碳骨架 的构建，以及官能团的引入和转化 以绿色合成思想为指导 课堂小结 逆向合成分析法 目标分子 1 2 3 4 较小的中间体 适当位置 断开化学键 较小的中间体 更小的中间体 适当位置 断开化学键 …… 最后的中间体 适当位置 断开化学键 基础原料 练·技能实战 　1. 官能团的引入和转化是有机合成中的关键和主要内容。下面是某同学设计的引入羧基的几种方案，请判断其中无法实现的是 A．卤代烃的水解 B．腈(RCN)在酸性条件下水解 C．醛的氧化 D．酯的水解 练·技能实战 设计方案以CH2＝CHCH2OH为原料制备CH2＝CHCOOH。 分析　如需氧化含碳碳双键的分子中的羟基时，先让碳碳双键与HX发生加成反应，氧化后再发生消去反应生成碳碳双键，制备流程如下： CH2＝CHCH2OH CH2Cl—CH2CH2OH CH2Cl—CH2COOH CH2＝CHCOONa CH2＝CHCOOH 练·技能实战 阿司匹林 扑热息痛 请你发挥你的智慧合成一种新药，同时具有以上二种药物的功能。 已知： RCOOH RCOCl 画出合成新药的合成路线图。 练·技能实战 贝诺酯 127 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版选择性必修3 $