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第三章 烴的衍生物
第五節 化學合成 課時2
隨著新的有機反應、新試劑的不斷發現和有機合成理論的發展,有機合成的技術和效率不斷提高。
20世紀初
維爾施泰特通過十余步反應合成顛茄酮，總產率僅有0.75%
十幾年后，羅賓遜改進了合成思路，僅
用三步反應便完成合成，總產率達90%
伍德沃德與多位化學家合作，成功合成了一系列結構復雜的天然產物，促進了一有機合成技術和有機反應理論的發展
科里提出了系統化的 逆合成概念，開始利用 計算機來輔助設計合成路線，讓合成路線的設計逐步成為有嚴密思維邏輯的科學過程，使有機合成進入了新的發展階段
20世紀中后期
顛茄酮
1.知道設計有機合成路線的一般方法，能設計簡單的有機合成路線；
2.能對給出的有機合成路線進行分析和評價；
3.了解有機合成在創造新物質、提高人類生活質量及促進社會發展方面的重要貢獻。
一、有機合成路線的設計與實施
1.有機合成路線確定的要素
在掌握碳骨架構建和官能團轉化基本方法的基礎上。
進行合理的設計與選擇,確定合成路線,以較低的成本和較高的產率,通過簡便而對環境友好的操作得到目標產物。
(1)基礎:
(2)設計與操作:
中間體
2.有機合成的基本方法
(1)從原料出發設計合成路線的方法步驟（正向設計圖示）
基礎原料
中間體
目標化合物
副產物
副產物
輔助原料
輔助原料
輔助原料
思考與討論
Ⅰ.人們最初是通過發酵法由糧食制備乙酸，現在食醋仍主要以這種方式生產，工業上大量使用的乙酸是通過石油化學工業人工合成的。請以乙烯為原料，設計合理的路線合成乙酸，分析該合成過程中官能團的變化。
CH3CHO
CH3COOH
CH2＝CH2
H2O
△/催化劑
CH3CH2OH
O2 /Cu
△
O2
△/催化劑
Ⅱ.目前已經出現了將乙烯直接氧化生成乙酸的工藝。假定該工藝涉及的反應和Ⅰ中合成路線的每一步反應的產率均為70%，請計算并比較這兩種合成路線的總產率。
Ⅰ中合成路線生成CH3COOH的產率為70%×70%×70%＝34.3%，低于乙烯直接氧化成乙酸的產率70%，因此，合成步驟應盡可能少，以提高產率。
(2)從目標化合物出發逆合成分析法的基本思路（逆向設計圖示）
基本思路是在目標化合物的適當位置斷開相應的化學鍵，目的是使得到的較小片段所對應的中間體經過反應可以得到目標化合物；接下來繼續斷開中間體適當位置的化學鍵，使其可以從更上一步的中間體反應得來；依次倒推，最后確定最適宜的基礎原料和合成路線?？梢杂梅枴? ”表示逆推過程，用箭頭“→”表示每一步轉化反應。
中間體
基礎原料
中間體
目標化合物
斷鍵所
得片段
斷鍵所
得片段
逆合成分析法是在設計復雜化合物的合成路線時常用的方法。解答有機合成題時，首先要正確判斷合成的有機物屬于哪一類有機物，帶有何種官能團，然后結合學過的知識或題給信息，尋找官能團的引入、轉化、保護或消去的方法，找出合成目標有機物的關鍵點。解答這類題時，常用的典型信息有
(1)結構信息——碳骨架、官能團等。
(2)組成信息——相對分子質量、組成基團、元素質量分數等。
(3)反應信息——官能團間的轉化關系、結構的轉化關系等。
示例：乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路線逆向合成圖
+2C2H5OH
C—OH
O
C—OH
O
C—OC2H5
O
C—OC2H5
O
CH2—OH
CH2—OH
CH2—Cl
CH2—Cl
CH2
CH2
C2H5OH
CH2
CH2
可以得出正向合成路線圖：
CH2 CH2
Cl2
CH2Cl
CH2Cl

NaOH溶液
CH2OH
CH2OH
催化劑
O2
COOH
COOH
催化劑

COOC2H5
COOC2H5
CH2 CH2
H2O
催化劑
C2H5OH
請寫出相關的化學方程式
合成步驟(用化學方程式表示):
CH2=CH2+H2O CH3CH2OH
催化劑
,加壓

CH2=CH2+Cl2 CH2—CH2
Cl
Cl
CH2—CH2
Cl
Cl
+2NaOH
H2O

CH2—CH2
OH
OH
+2NaCl
CH2—CH2
OH
OH
+2O2
催化劑

+2H2O
HO—C—C—OH
O
O
+2CH3CH2OH
HO—C—C—OH
O
O
催化劑

C2H5O—C—C—OC2H5
O
O
+2H2O
(1)脂肪烴為基礎原料到酯的合成路線
3.中學常見的合成路線
(2)芳香族化合物合成路線
Ⅰ.在實際工業生產中，乙二醇還可以通過環氧乙烷與水直接化合的方法合成，而環氧乙烷則可由乙烯直接氧化得到。請比較該方法與以上合成乙二酸二乙酯中的2、3兩步反應，分析生產中選擇該路線的可能原因。
思考與討論
對比兩種合成路線，不難發現：首先，從原料成本的角度考慮，路線一使用了Cl2和NaOH而路線二使用了O2和H2O，成本更低；其次，從原子利用率的角度考慮，路線一第二步的取代反應有副產物，原子利用率低，而路線二的原子利用率較高；最后，從環境保護的角度考慮，路線一使用了有毒的Cl2和有腐蝕性的NaOH，對環境不夠友好。綜合考慮以上因素，路線二更為合理。
①原料溶劑和催化劑盡可能價廉易得、低毒性、低污染
②盡量選擇步驟最少的合成路線，步驟越少，產率越高。
總產率=各步反應產率的乘積
③合成路線要符合“綠色環保”的要求，提高原子利用率，達到零排放或污染排放少
④有機合成反應要操作簡單、條件溫和、能耗低、產物易于分離提純
⑤要按一定的反應順序和規律引入官能團，不能臆造不存在的反應事實，選擇最佳合成路線
4.合成路線設計遵循的原則
5.有機合成發展的作用
使人們能通過人工手段合成原本只能從生物體內分離、提取的天然產物
使人們可以根據實際需要設計合成具有特定結構和性能的新物質
為化學、生物、醫學、材料等領域的研究和相關工業生產提供了堅實的物質基礎
有力地促進了人類健康水平提高和社會發展進步
[練一練]
1.由乙烯和其他無機原料合成環狀化合物E的流程如下:
(1)請寫出下列物質的結構簡式。
A　　　　 　　　　　;
B　　　　 　　　　　;
C　　　　 　　　　　;
D　　　　 　　　　　。
(2)寫出A水解的化學方程式:　 　　 　 　　　　　　　。
水

BrCH2—CH2Br+2NaOH HOCH2—CH2OH+2NaBr
BrCH2—CH2Br(或ClCH2—CH2Cl等合理即可)
(合理即可)
HOCH2—CH2OH
OHC—CHO
HOOC—COOH
有機合成
主要任務
構建碳骨架
引入官能團
合成路線設計
有機合成的發展與應用
設計方法
合成路線評價與選擇
貫徹“綠色化學”理念等
正合成分析
逆合成分析
綜合合成分析

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