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1、第四节 有机合成,授课人：董 啸,第四节 有机合成,世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。,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。,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,合成橡胶,一、有机合成的过程,1、有机合成定义：利用简单、易得的原料，通过有机化学反应，合成具有特定结构和功能的有机化合物的过程叫做有机合成。有机合成的基础：有机化学反应2、有机合成的任务：目标化合物分子骨架构建；官能团的转化。关键：碳骨架的构建,3、有机合成的原则和思路,1）起始原料要廉价、易得、低毒、低污染；,2）步骤最少的合成路线；,3
2、）操作简单、条件温和、能耗低、易实现；,4）满足“绿色化学”的要求。,有机合成的思路：有机合成的思路是通过有机反应构建目标分子的骨架，并引入或转化所需的官能团。,4、有机合成过程：,【分析】有机合成的过程如同建筑师建造一座大厦，按照顺序从处理地基开始一层一层向上盖，直到封顶。然后，再进行内部粉刷和装饰，最后交给用户。【归 纳】有机合成的过程：利用基础原料和必要的辅料合成中间体，然后利用中间体和必要的辅料合成第二个中间体，经过多步反应得到符合要求的碳原子数目和官能团的目标化合物。,有机合成过程示意图,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,有机合成过程
3、示意图有机合成常用装置：64页图3-22,【思考与交流】,请用具体的化学方程式表明有机物发生以下的变化：引入双键（三种）；引入卤素原子（三种）；引入羟基（四种）；引入羧基；增加碳原子；成环的方法；通过某种途径使一个官能团变为两个：a.卤素原子；b.羟基。,5、有机合成的方法,有机合成常用的反应：,引入双键的方法：卤代烃的消去反应、醇的消去反应、炔烃的加成反应。引入卤素原子的方法：烷烃与卤素单质的取代反应、苯的同系物与卤素单质的取代反应、醇与卤化氢取代反应、烯烃与卤素单质或卤化氢的加成反应、炔烃与卤素单质或卤化氢的加成反应。,引入羟基的方法：烯烃与水加成反应、醛与氢气加成反应、卤代烃水解反应、酯
4、水解反应。增加碳原子：酯化反应、取代反应、加聚反应成环的方法：酯化反应、消去反应、加成反应使一个卤素原子变为两个的方法：先消去反应，再与卤素单质加成反应。使一个羟基变为两个的方法：先消去反应，再与卤素单质加成反应，然后再水解反应。,1、有机合成的常规方法,（1）官能团的引入,引入双键（C=C或C=O）,1）某些醇的消去引入C=C,2）卤代烃的消去引入C=C,3）炔烃加成引入C=C,4）醇的氧化引入C=O,引入卤原子（X）,1）烃与X2取代,2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O,3）醇与HX取代,2）不饱和烃与HX或X2加成,引入羟基（OH）,1）烯烃与水的加成,2）醛（酮）与氢气
5、加成,3）卤代烃的水解（碱性）,4）酯的水解,（2）官能团的消除,通过加成消除不饱和键,通过消去或氧化或酯化或取代等消除羟基,通过加成或氧化消除醛基,通过消去反应或水解反应可消除卤原子,（3）官能团的衍变,【思考与交流】,烃和烃的衍生物中：能发生取代反应有；能发生加成反应有；能发生消去反应有；能发生聚合反应有。,主要有机物之间转化关系图,a.官能团种类变化：,CH3CH2-Br,水解,CH3CH2-OH,氧化,CH3-CHO,b.官能团数目变化：,CH3CH2-Br,消去,CH2=CH2,加Br2,CH2BrCH2Br,c.官能团位置变化：,CH3CH2CH2-Br,消去,CH3CH=CH2,
6、加HBr,官能团的转化：,包括官能团种类变化、数目变化、位置变化等。,氧化,CH3-COOH,酯化,CH3-COOCH3,引入的-H的方法有：,醇的氧化和C=C的氧化,引入-的方法有：,醛的氧化和酯的水解,有机物成环的方法有：,加成法、酯化法和“消去”法,练一练,课本P67习题1：利用2-丁烯制取所需物质。,1)2-氯丁烷,2)2-丁醇,3)2,3-二氯丁烷,4)2,3-丁二醇,5)1,3-丁二烯,1)2-氯丁烷,习题参考答案,2)2-丁醇,3)2,3-二氯丁烷,一定条件,一定条件,5)1,3-丁二烯,4)2,3-丁二醇,1、正向合成分析法,正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或
7、间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物。,基础原料,中间体,中间体,目标化合物,正向合成分析法示意图,二、有机合成分析方法,逆合成分析法：,【分析】正向合成分析法是从已知的原料入手，找出合成所需要的真接或间接的中间体，逐步推向合成的目标有机物，而逆向合成分析法是在设计复杂化合物的合成路线时常用的方法。逆向合成分析法是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体，该中间体同辅助原料反应可以得到目标化合物，而这个中间体，又可以由上一步的中间体得到，依次类推，最后确定最适宜的基础原料和最终的合成路线。由于根据反应原理可能有多种合成路线，所以应对多种路线优化，选择最佳方案。,2、逆向合成分析法,逆向合成
8、分析法是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体，该中间体同辅助原料反应可以得到目标化合物。,基础原料,中间体,中间体,目标化合物,逆向合成分析法示意图,【资料卡片】,阅读65页，了解美国化学家科里对有机合成的贡献。【归纳】逆向合成分析法是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体，而这个中间体，又可以由再上一步的中间体得到，依次类推，最后确定最适宜的基础原料和最终的合成路线。逆合成分析示意图：,例如：乙二酸(草酸)二乙酯的合成,基础原料,中间体,目标化合物,中间体,石油裂解气,+CH3CH2OH,1,+H2O,2,+Cl2,3,4,O,5,浓H2SO4,水解,3、最佳方案要求：,原料廉价易
9、得，低毒少污染；条件温和，产率高，副反应较少。,【学与问】,请同学们计算66页中血管紧张素拟制剂的制取路线中的总产率。,三、有机合成题的做法,1、解题思路：（1）分析题目要求：分析要合成的物质的结构特征，结合题给信息，选择基础原料。（2）寻找合成路线：通过分析（正向、逆向思维）确定合成路线：合成路线由哪些基本反应完成，目标分子中官能团引入方法。,（3）写出化学方程：理顺关系，确定合成路线后，从基础原料开始，逐步写出化学反应的方程式。【归纳总结】解题思路：分析题目要求，寻找合成路线，写出化学方程。,合成目标 审题 新旧知识 分析 突破 设计合成路线 确定方法 推断过程和方向 思维求异，解法求优
10、结构简式 准确表达 反应类型 化学方程式,有机合成的思维结构,小贴士,1、利用反应条件判断反应类型 光照：饱和碳原子上的氢原子取代反应，通常是链烃或芳香烃侧链上发生的取代反应。Ni,H2：不饱和碳原子与氢气的加成反应。Fe3+催化剂：苯环上的取代反应。NaOH溶液、加热：卤代烃水解或酯水解。,NaOH醇溶液、加热：卤代烃消去反应。Cu或Ag、O2：醇的氧化反应。浓硫酸、加热：酯化反应、醇消去反应、分子间脱水反应等产生水的反应。2、几种特殊反应的要求：卤素单质与某些有机物，发生取代反应时，要求卤素单质必须是纯物质，和碳碳双键发生加成反应时，卤素单质可以是溶液。卤代烃或醇发生消去反应时，官能团所在
11、碳原子的相邻碳原子上必须有氢原子。,加成反应：加成反应发生在不饱和碳原子上。醇氧化反应：醇氧化反应的实质是在羟基和碳原子上各去掉一个氢原子，所以羟基所在碳原子上必须有氢原子，-CH2OH氧化生成醛，-CHOH氧化生成酮，其它醇不能氧化。醛的氧化反应：醛和银氨溶液或新制的氢氧化铜的氧化反应必须在碱性环境下反应。,2、典型例题：,【探究活动】1、以合成（草酸二乙酯）为例，说明逆推法在有机合成中的应用。请同学们总结合成草酸二乙酯的方法，并写出各步反应的化学方程式。分析草酸二乙酯，官能团有；反推，酯是由酸和醇合成的，则反应物为 和；反推，酸是由醇氧化成醛，醛再氧化酸来的，则可推出醇为；反推，此醇A与乙
12、醇的不同之处在于。此醇羟基的引入可用B；反推，乙醇的引入可用，或；由乙烯可用 制得B。,2 C2H5OH,+,草酸二乙酯的合成,2、请写出以乙烯和2-丁烯为原料制取乙二酸丁二酯的合成路线，及各步的化学方程式。,练习：用2-丁烯、乙烯为原料设计 的合成路线,NaOHC2H5OH,1、逆合成分析：,+,NaOH水,2、合成路线：,Br2,O2,Cu,O2,浓H2SO4,Br2,Br2,NaOH水,3.已知,试写出下图中AF各物质的结构简式,解：,4、已知：,C,H,2,=,C,H,-,C,H,=,C,H,2,+,C,H,2,=,C,H,2,以异戊二烯(CH2=C CH=CH2)、丙烯 为原料合成,
13、CH3,（1）二烯烃与Cl2的加成（2）卤代烃在NaOH水溶液中的取代反应（3）烯烃与HCl的加成反应（4）醇在浓硫酸存在下的消去反应,合成路线:,适量Cl2,NaOH,水,HCl,浓H2SO4,巩固应用,1.已知下列两个有机反应RCl+NaCN RCN+NaClRCN+2H2O+HCl RCOOH+NH4Cl现以乙烯为惟一有机原料（无机试剂及催化剂可任选），经过6步化学反应，合成二丙酸乙二醇酯（CH3CH2COOCH2CH2OOCCH2CH3），设计正确的合成路线，写出相应的化学方程式。,【学以致用解决问题】,问题一,阅读课本，以乙二酸二乙酯为例，说明逆推法在有机合成中的应用。,分析：,HO
14、,HO,H,H,+H2O,25,【学以致用解决问题】,问题二,写出由乙烯制备乙酸乙酯的设计思路，并写出有关的化学方程式：,乙烯,乙醇,乙醛,乙酸,乙酸乙酯,26,问题三,化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖代谢的中间体，A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某催化剂的存在下进行氧化，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸存在下，A可发生如下图所示的反应：,试写出：(1)化合物A、B、C的结构简式：、。(2)化学方程式：AD，AE。(3)反应类型：AD，AE。,27,问题三 分析：,题中说“A的钙盐”，可知A含COOH；结合A的分子式，由AC知，A还含有OH，由A在催化剂作用下被氧化的产物不能发生银
15、镜反应可知：A的OH不在碳链的末端；3个碳的碳链只有一种：CCC，OH只能在中间碳上。综上：A的结构简式为：,28,问题三 分析：,A的结构简式为：,则B的结构简式为：,则C的结构简式为：,29,问题三 分析：,A的结构简式为：,则AD的化学方程式为：,反应类型：,消去反应,30,问题三 分析：,A的结构简式为：,对比A和E的分子式，我们发现E的C原子个数是A的2倍，推断可能是2分子的A反应生成E，再对比H和O原子发现：2AE=2H2O，结合A的结构简式，很明显是它们的羧基和醇羟基相互反应生成酯基。所以：,31,问题三 分析：,将A的结构简式改写为：,则A生成E可表示为：,H2O,H2O,即：,C,C,C,C,O,O,32,问题三 分析：,反应类型：,酯化反应,33,
