資源簡介

(共56張PPT)
現代有機合成之父
在上帝創造的自然界旁邊
化學家又創造了另外一個世界
伍德沃德
水仙花
水仙花外觀艷麗，香氣四溢。
香味來自——苯甲酸苯甲酯
它可用做香料、食品添加劑及一些香料的溶劑，還可用于做塑料、涂料的增塑劑。
水仙花中苯甲酸苯甲酯含量很低，要從中提取，需大面積種植，不現實！
你能以甲苯為主要原料(其它原料及無機試劑任選)，利用所學的知識設計合成苯甲酸苯甲酯的方案嗎？
問題解決
甲苯
請你結合設計體會，說說有機合成的關鍵是什么？
請你試一試
構建碳骨架
引入官能團
有機合成的主要任務
學習目標
有機合成的主要任務
01
02
03
構建碳骨架
引入官能團
官能團的保護
碳鏈的增長和縮短、成環
途徑：取代、加成、消去、氧化、還原
防止官能團被氧化或被還原
20世紀以來在有機合成方面獲諾貝爾化學獎的重要事件
1902 年，費歇爾（E.Fischer，德國）因糖類和嘌呤類化合物的合成而獲獎。
1912 年，格林尼亞（V.Grignard，法國）因發明了格林尼亞試劑，通過生成有機金屬中間體，實現從有機小分子合成大分子的重要方法而獲獎。
1937 年，哈沃斯（S.Haworth，英國）因發現了糖類環狀結構和合成維生素 C 而獲獎。
1950 年，狄爾斯（O.Diels，德國）和阿爾德（K.Alder，德國）因發現了雙烯合成反應而獲獎。
1963 年，齊格勒（K.Ziegler，德國）和納塔（G.Natta，意大利）因發現了有機金屬催化烯烴定向聚合，實現了乙烯的常壓聚合和丙烯的定向有規聚合而獲獎。
1965 年，有機合成大師伍德沃德（R.Woodward，美國）因先后合成了奎寧、膽固醇、可的松、葉綠素和利血平等一系列復雜有機分子和有機配體配合物而獲獎。之后，他又合成出結構復雜的維生素 B12。
1984 年，梅里菲爾德（R.Merrifield，美國）因發明了多肽固相合成法而獲獎。
1987 年，彼德森（C.Pedersen，美國）、克拉姆（D.Cram，美國）和萊恩（J.-M.Lehn，法國）三人先后發現了一類具有特殊結構和性質的環狀化合物 , 并創建了“超分子的”化學，為實現人們長期尋求合成與天然蛋白質功能一樣的有機化合物這一目標取得了開拓性的成就而獲獎。
1990 年，科里（E.Corey，美國）因在長葉松烯、前列腺素等近 100 個天然產物的全合成工作中總結和提出了“逆合成分析法”而獲獎，直接影響到合成路線的策略。科里的貢獻促進了有機合成化學的快速發展。
2000 年，黑格（A.Heeger, 美國）、馬克迪爾米德（A.MacDiarmid, 美國）和白川英樹（H.Shirakawa, 日本）因對導電塑料的發現作出的杰出貢獻而獲獎。
2001年，諾爾斯（W.Knowles，美國）、野依良治（R.Noyori，日本）和夏普雷斯（K.Sharpless，美國）因在不對稱合成方面取得的成果而獲獎，為合成具有新特性的分子和物質開創了一個全新的研究領域。現在，許多抗生素、消炎藥和心臟病藥物都是根據他們的研究成果制造出來的。
2005 年，肖萬（Y.Chauvin，法國）、格拉布（R.Grubbs，美國）和施羅克（R.Schrock，美國）因在有機化學的烯烴復分解反應研究方面作出的貢獻而獲獎。烯烴復分解反應廣泛應用于生產藥品和先進塑料等材料，使生產效率更高、產品更穩定，而且產生的有害廢物較少。
2010 年，赫克（R.Heck，美國）、根岸英一（E.Negishi，日本）和鈴木章（A.Suzuki，日本）因其創造的“鈀催化的交叉偶聯方法”能夠使穩定的碳原子更容易聯結在一起形成復雜的碳基分子，同時有效避免了過多不必要的副產品的產生而獲獎。
2016 年，索維奇（J.-P.Sauvage，法國）、斯托達特（J.Stoddart，英國）、費林加（B.Feringa，荷蘭）因在“設計和合成了行動可控、在給予能源后可執行任務的分子機器”方面作出的貢獻而獲獎。
如何增長碳鏈
1
1.1 碳鏈的增長
構建碳骨架
1
已學的哪些反應，可以使碳鏈的增長？
1.1 碳鏈的增長
構建碳骨架
1
加聚反應：
含雙鍵、三鍵有機物
n
n
1.1 碳鏈的增長
構建碳骨架
1
加聚反應：
縮聚反應：
酚與醛
酚醛樹脂
二元酸與二元醇
1.1 碳鏈的增長
構建碳骨架
1
加聚反應：
縮聚反應：
二元酸與二元醇
＋
＋2 H2O
n
n
n
n
1.1 碳鏈的增長
構建碳骨架
1
加聚反應：
含雙鍵、三鍵有機物
縮聚反應：
羥基酸
＋ H2O
n
n
n
1.1 碳鏈的增長
構建碳骨架
1
加聚反應：
含雙鍵、三鍵有機物
縮聚反應：
酯化反應：
信息反應：
1.1 碳鏈的增長
構建碳骨架
1
信息反應：
R1—Br＋R2—C CNa→R2—C C—R1 ＋NaBr
HO-H
1.2 碳鏈的縮短
構建碳骨架
1
已學的哪些反應，可以使碳鏈的縮短？
1.2 碳鏈的縮短
構建碳骨架
1
氧化反應：
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
＋
1.3 碳鏈的成環
構建碳骨架
1
酯化反應：
二元酸與二元醇、羧基酸、氨基酸與氨基酸
＋
＋H2O
第爾斯-阿爾德反應：
＋
＋
看我七十二變
1.2 碳鏈的縮短
構建碳骨架
1
氧化反應：
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
水解反應：
酯的水解、蛋白質的水解和多糖的水解等
如何由乙醇制備1，1—二溴乙烷？
問題解決
如何引入官能團
2
2.1 引入碳碳雙鍵
引入官能團
2
碳鹵鍵的消去
醇羥基的消去
碳碳三鍵的不完全加成
2.2 引入碳鹵鍵
引入官能團
2
烷、苯及同系物的取代
R-H＋X2 R-X＋HX
光照
＋X2 ＋HX
催化劑
碳碳雙鍵或三鍵的加成
＋X2
醇羥基的取代、酚的取代
R-OH＋HX R-X＋H2O
2.3 引入羥基
引入官能團
2
碳碳雙鍵與水的加成
＋H2O
催化劑
碳鹵鍵的取代
R-X＋NaOH R-OH＋NaX
H2O
醛基或酮羰基的加H2還原
＋H2 RCH2OH
催化劑
酯基的水解
R1COOR2＋H2O R1COOH＋R2OH
稀H2SO4
2.5 引入醛基
引入官能團
2
碳碳雙鍵的氧化
＋
伯醇羥基的氧化
二元醇脫水
2.6 引入酮羰基
引入官能團
2
碳碳雙鍵的氧化
＋
仲醇羥基的氧化
2.7 引入酯基
引入官能團
2
羥基與羧基的酯化
R1COOH＋R2OH R1COOR2＋H2O
信息反應
＋
＋
HCl
如何由乙醇制備1，1—二溴乙烷？
問題解決
CH2＝CH2
1. 由乙醇制備乙二醇
官能團數目的改變
2.
牛刀小試
官能團位置的改變
1. 1—氯丙烷合成2—氯丙烷
2. 1—丙醇合成2—丙醇
牛刀小試
官能團種類的改變
寫出用2-苯基乙醇為原料（其他無機試劑任選）制備化合物苯乙炔的合成路線。
牛刀小試
下列兩個有機合成設計流程有何特點？ 其設計的目的是什么？
保護羰基不被反應
保護酚羥基不被氧化
問題探究
含多個官能團的有機化合物在進行反應時，非目標官能團也可能受到影響，
此時先將其轉化為不受該反應影響的其他官能團，反應后再轉化復原。
如何保護官能團
3
若兩種官能團能與同一試劑反應，而實際只需與其中一種的官能團反應，如何處理？
問題探究
3.1 概念
官能團的保護
3
通過反應把非目標的官能團轉化成穩定的狀態，稍后再通過反應復原。
中學有機化學中涉及到需要保護的基團有：
易被氧化的基團：
-CHO、＞C＝C＜、-OH、-NH2等
易被還原的基團：
-CHO、＞C＝C＜等
3.2 碳碳雙鍵的保護
官能團的保護
3
碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團前可以利用其與鹵素單質、鹵化氫等的加成反應將其保護起來，待氧化其他基團后再利用消去反應將其轉變為碳碳雙鍵
以石油裂解氣為原料，通過一系列化學反應可得到重要的化工產品增塑劑G。
你學會了嗎？
反應②③的目的是：
。
保護碳碳雙鍵，防止下一步被氧化造成碳鏈斷開
食品添加劑必須嚴格按照食品安全國家標準（GB2760-2011）的規定使用。作為食品添加劑中的防腐劑G和W，可經下列反應路線得到（部分反應條件略）。
G的制備如下：
經反應A—→B和D—→E保護的官能團是_______。
感受﹒ 理解
3.3 羥基的保護
官能團的保護
3
可先將羥基轉化為醚鍵，使醇轉化為在一般反應條件下比較穩定的醚。待相關合成反應結束后，再在一定條件下脫除起保護作用的基團(保護基)，恢復羥基。
3.3 羥基的保護
官能團的保護
3
或 酚羥基易被氧化，在氧化其他基團前可以先使其與NaOH反應，把—OH轉變為—ONa保護起來，待氧化其他基團后再酸化將其轉變為—OH。
挑戰自我
3.4 醛基/酮羰基的保護
官能團的保護
3
已知：
①烯烴能被堿性高錳酸鉀溶液氧化為二元醇：
RCH＝CHR'→RCH(OH)CH(OH)R’
②醛能發生如下反應生成縮醛：
RCHO＋2R'OH→RCH(OR')2＋H2O
③縮醛比較穩定，與稀堿和氧化劑均能反應，但在稀酸中溫熱，會水解為原來的醛。
請以CH2＝CHCHO、乙二醇為原料合成CH2(OH)CH(OH)CHO。
考考你自己
看誰做得既準又快
3.5 胺基的保護
官能團的保護
3
胺基易被O2、O3、H2O2等氧化
這節課我學到了什么？
（用一句話表示）
還有什么疑問？
課堂小結
有機合成的主要任務
構建碳骨架
增長
縮短
成環
官能團轉化
引入
消除
位變
數變
官能團保護
保護基團的反應，一般除被保護基團外，對其他基團不產生影響
保護基團必須經受得起在保護階段的各種反應條件
保護反應較容易進行，被保護基團應易于還原出來，且分離提純方便
官能團的保護答題模板
保護××(如：酚羥基、碳碳雙鍵、醛基等)，使之不被××(氧化或還原)
在上述轉化過程中，反應步驟×→×的目的是______________________________。
規律方法點撥
　　　官能團的引入和轉化是有機合成中的關鍵和主要內容。下面是某同學設計的引入羧基的幾種方案，請判斷其中無法實現的是
A．鹵代烴的水解
B．腈(RCN)在酸性條件下水解
C．醛的氧化
D．酯的水解
成功體驗
　　下列物質發生反應不能一步引入醛基的是(已知：當兩個羥基連接同一個碳原子時，易脫去一分子水)
看誰做得既準又快
A．
B．
C．
D．
下列反應可以使碳鏈增長的是
A．CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共熱
B．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共熱
C．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的水溶液共熱
D．CH3CH2CH2CH2Br(g)和Br2(g)光照
考考你自己
請畫出由石油裂解產物乙烯制取HOCH2COOH的路線。
考考你自己
CH2＝CH2
HOCH2COOH
已知：
RCH2COOH RCHBrCOOH
CH2＝CH2
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
CH2BrCOOH
CH2OHCOONa
CH2OHCOOH
設計方案以CH2＝CHCH2OH為原料制備CH2＝CHCOOH。
分析　如需氧化含碳碳雙鍵的分子中的羥基時，先讓碳碳雙鍵與HX發生加成反應，氧化后再發生消去反應生成碳碳雙鍵，制備流程如下：
CH2＝CHCH2OH
CH2Cl—CH2CH2OH
CH2Cl—CH2COOH
CH2＝CHCOONa
考考你自己
CH2＝CHCOOH

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