3.1.2 有机合成路线的设计 有机合成的应用(共18张PPT)-2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修第三册课件
文档属性
| 名称 | 3.1.2 有机合成路线的设计 有机合成的应用(共18张PPT)-2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修第三册课件 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 858.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-10-20 12:56:08 | ||
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文档简介
(共18张PPT)
第一节 有机化合物的形成
第2课时 有机合成路线的设计 有机合成的应用
知识回顾
1.合成路线设计，其核心在于 ， ；
构建目标化合物分子的碳骨架
引入所必需的官能团
2.构建碳骨架，包括在原料分子及中间化合物分子的碳骨架上 或 碳链、 或 ；
增长
缩短
成环
开环
3.写出生成乙烯两个反应：
；
。
4.实验室制备甲烷的反应式：
。
联想质疑
苯甲酸苯甲酯（又称苯甲酸苄酯，结构简式为 ）存在于多种植物香精中，可用作香料、食品添加剂等，还可用作塑料、涂料的增塑剂。此外，苯甲酸苯甲酯具有杀灭虱、蚤和疥虫的作用且不刺激皮肤，无异臭和油腻感，可用于治疗疥疮。
对于这样一种有机化合物，你准备通过怎样的合成路线来制备它呢？
交流研讨
某种医用胶的分子结构为 。某同学以乙烯为起始物，为这种有机化合物设计了如下合成路线。
在上述合成过程中，碳骨架是如何构建的？官能团是如何转化的？
碳碳双键
羟基
醛基
羧基
引入氯原子
引入酯基
碳链增长
碳链增长
引入碳碳双键
二、有机合成路线的设计
(1)正向合成法：此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产物，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是：原料→中间产物→产品。
1967年美国有机化学家科里（EJ.Corey）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。按照他的原理，使很多合成难度较大的有机化合物，得到较高的收率而获得成功。科里还开创了运用计算机技术进行有机合成设计。按照他的原理，他和他的学生卫普克编制了第一个计算机辅助有机合成路线设计程序(DCSS)。由此程序为基础，还开发了许多新的程序。这实际上是使他的“逆合成分析原理”及有关原则、方法数字化。由于科里提出有机合成的“逆合成分析方法”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。
逆合成分析原理
科学史话
美国有机化学家EJ.Corey
二、有机合成路线的设计
(1)正向合成法：此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产物，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是：原料→中间产物→产品。
(2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法，从目标合成有机物的组成、结构、性质入手，找出合成目标化合物所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是：产品→中间产物→原料。
用逆合成分析法设计合成路线
分析苯甲酸苯甲酯分子的结构可知苯甲酸苯甲酯为一种酯类化合物。
对于酯类化合物的合成，尽管可用的方法很多，但首先想到的往往是羧酸和醇的酯化反应。以此为出发点，依据烃及烃的衍生物之间的转化关系，按以下思路可由目标化合物分子逆推出原料分子。
第一步
属于酯类
碳的骨架相同，含有相同的碳原子数
第二步
逆推出原料分子
以甲苯为原料合成苯甲酸苯甲酯，运用已学知识可以确定以下几条路线。
第三步
分子中一个碳原子上同时连有两个羟基时是很不稳定的，其中 C—OH 易转变为羰基，形
成醛、酮类化合物。例如：
知识支持
一种不稳定的结构
对上述合成路线进行评价，优选出其中比较合理的路线。
路线②和路线④制备苯甲酸的步骤多、成本较高，而且使用较多的氯气不利于环境保护。
路线③的步骤较少，但所用还原剂 LiAlH4 价格昂贵，要求无水操作，成本高。
路线①由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇，然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯，是比较合理的实验室合成路线。
评价优选合成路线
第四步
(1)符合绿色化学思想。(2)符合原子经济性的要求。(3)原料价廉，原理正确。(4)路线简捷，便于操作，条件适宜。(5)易于分离，产率高。
有机合成路线设计应遵循的五个原则
绿色合成思想主要出发点是：
有机合成中的原子经济性，原料的绿色化，试剂与催化剂的无公害性。
原子经济性
1991 年 , 美国著名有机化学家特劳斯特（B.Trost）提出了原子经济性概念，认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使反应达到零排放。原子经济性可以用原子利用率来衡量：
资料在线
苯甲酸苯甲酯的工业合成
化学与技术
上述实验室合成路线①中，甲苯氧化制取苯甲酸需要使用大量的高锰酸钾，酯化反应需要使用大量的浓硫酸，成本高且易造成污染，故工业上一般不采用此路线。工业上，苯甲酸苯甲酯多采用苯甲酸钠与氯甲基苯（苄基氯， ）在催化剂作用下直接反应来制备。
氯甲基苯可用甲苯与氯气制备。
苯甲酸钠可用苯甲酸与碳酸氢钠制备，而苯甲酸的制备在工业上采用空气氧化法。
三、有机合成的应用
(1)医学：合成有机药物等。
(2)农业：合成农药等。
(3)轻工业：合成塑料等。
(4)重工业：合成橡胶等。
(5)国防工业：合成爆炸威力大的炸药等。
课堂小结
有机合成
有机合成关键
有机合成路线
有机合成应用
碳骨架的增长
碳骨架的缩短
成环
开环
第一节 有机化合物的形成
第2课时 有机合成路线的设计 有机合成的应用
知识回顾
1.合成路线设计，其核心在于 ， ；
构建目标化合物分子的碳骨架
引入所必需的官能团
2.构建碳骨架，包括在原料分子及中间化合物分子的碳骨架上 或 碳链、 或 ；
增长
缩短
成环
开环
3.写出生成乙烯两个反应：
；
。
4.实验室制备甲烷的反应式：
。
联想质疑
苯甲酸苯甲酯（又称苯甲酸苄酯，结构简式为 ）存在于多种植物香精中，可用作香料、食品添加剂等，还可用作塑料、涂料的增塑剂。此外，苯甲酸苯甲酯具有杀灭虱、蚤和疥虫的作用且不刺激皮肤，无异臭和油腻感，可用于治疗疥疮。
对于这样一种有机化合物，你准备通过怎样的合成路线来制备它呢？
交流研讨
某种医用胶的分子结构为 。某同学以乙烯为起始物，为这种有机化合物设计了如下合成路线。
在上述合成过程中，碳骨架是如何构建的？官能团是如何转化的？
碳碳双键
羟基
醛基
羧基
引入氯原子
引入酯基
碳链增长
碳链增长
引入碳碳双键
二、有机合成路线的设计
(1)正向合成法：此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产物，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是：原料→中间产物→产品。
1967年美国有机化学家科里（EJ.Corey）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。按照他的原理，使很多合成难度较大的有机化合物，得到较高的收率而获得成功。科里还开创了运用计算机技术进行有机合成设计。按照他的原理，他和他的学生卫普克编制了第一个计算机辅助有机合成路线设计程序(DCSS)。由此程序为基础，还开发了许多新的程序。这实际上是使他的“逆合成分析原理”及有关原则、方法数字化。由于科里提出有机合成的“逆合成分析方法”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。
逆合成分析原理
科学史话
美国有机化学家EJ.Corey
二、有机合成路线的设计
(1)正向合成法：此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产物，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是：原料→中间产物→产品。
(2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法，从目标合成有机物的组成、结构、性质入手，找出合成目标化合物所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是：产品→中间产物→原料。
用逆合成分析法设计合成路线
分析苯甲酸苯甲酯分子的结构可知苯甲酸苯甲酯为一种酯类化合物。
对于酯类化合物的合成，尽管可用的方法很多，但首先想到的往往是羧酸和醇的酯化反应。以此为出发点，依据烃及烃的衍生物之间的转化关系，按以下思路可由目标化合物分子逆推出原料分子。
第一步
属于酯类
碳的骨架相同，含有相同的碳原子数
第二步
逆推出原料分子
以甲苯为原料合成苯甲酸苯甲酯，运用已学知识可以确定以下几条路线。
第三步
分子中一个碳原子上同时连有两个羟基时是很不稳定的，其中 C—OH 易转变为羰基，形
成醛、酮类化合物。例如：
知识支持
一种不稳定的结构
对上述合成路线进行评价，优选出其中比较合理的路线。
路线②和路线④制备苯甲酸的步骤多、成本较高，而且使用较多的氯气不利于环境保护。
路线③的步骤较少，但所用还原剂 LiAlH4 价格昂贵，要求无水操作，成本高。
路线①由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇，然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯，是比较合理的实验室合成路线。
评价优选合成路线
第四步
(1)符合绿色化学思想。(2)符合原子经济性的要求。(3)原料价廉，原理正确。(4)路线简捷，便于操作，条件适宜。(5)易于分离，产率高。
有机合成路线设计应遵循的五个原则
绿色合成思想主要出发点是：
有机合成中的原子经济性，原料的绿色化，试剂与催化剂的无公害性。
原子经济性
1991 年 , 美国著名有机化学家特劳斯特（B.Trost）提出了原子经济性概念，认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使反应达到零排放。原子经济性可以用原子利用率来衡量：
资料在线
苯甲酸苯甲酯的工业合成
化学与技术
上述实验室合成路线①中，甲苯氧化制取苯甲酸需要使用大量的高锰酸钾，酯化反应需要使用大量的浓硫酸，成本高且易造成污染，故工业上一般不采用此路线。工业上，苯甲酸苯甲酯多采用苯甲酸钠与氯甲基苯（苄基氯， ）在催化剂作用下直接反应来制备。
氯甲基苯可用甲苯与氯气制备。
苯甲酸钠可用苯甲酸与碳酸氢钠制备，而苯甲酸的制备在工业上采用空气氧化法。
三、有机合成的应用
(1)医学：合成有机药物等。
(2)农业：合成农药等。
(3)轻工业：合成塑料等。
(4)重工业：合成橡胶等。
(5)国防工业：合成爆炸威力大的炸药等。
课堂小结
有机合成
有机合成关键
有机合成路线
有机合成应用
碳骨架的增长
碳骨架的缩短
成环
开环