高中化学苏教版专题3第三单元 人工合成有机化合物 课件（41张PPT）
文档属性
| 名称 | 高中化学苏教版专题3第三单元 人工合成有机化合物 课件（41张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 9.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-06-26 18:53:10 | ||
图片预览
文档简介
(共41张PPT)
人工合成有机化合物
有机合成
利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物的过程。
红豆杉又称紫杉，一级珍稀濒危保护植物，自然条件下生长速度缓慢，再生能力差。
红豆杉中的紫杉醇对乳腺癌、胰腺癌等有特效，最高曾卖到2000美元1克。
9
m高、125树龄的紫杉树可得2
kg
树皮，而30
t干树皮才能得到100
g紫杉醇。
仅1999年到2001年，中美合资云南汉德生物技术有限公司出口了110
kg紫杉醇，这意味着30~60万棵红豆杉被剥皮。
由于毁灭性的破坏，红豆杉在云南境内已濒临绝灭。
紫杉醇的化学全合成方法路径太长、合成步骤太多，试剂昂贵，反应条件极难控制，总收率不足3%，不适合工业生产。
法国科学家皮埃尔（Pierre
Potier）从英国紫杉的叶子中分离出物质10-DAB，它跟紫杉醇的结构非常相似。
1991年，百时美施贵宝（BMS）采用以10-DAB为原料的半合成方法生产紫杉醇，产率超过50%。
1992年，FDA批准紫杉醇注射液，商品名为泰素（Taxol），用于治疗晚期卵巢癌、乳腺癌、非小细胞肺癌、卡波西肉瘤等。
乙酸乙酯存在于菠萝、香蕉等水果中
可作白酒、奶油等的香料原料。
更多用于溶剂、粘合剂、提取剂等。
乙酸乙酯产量（单位：万吨）
年度
2001
2006
2009
全球
125.0
222.0
中国
17.9
63.0
150.0
一、简单有机物的合成
乙酸乙酯
逆合成分析法
产
物
中间反应物
原
料
乙醇
乙酸
乙烯
乙醛
乙醇
乙烯
合成乙酸乙酯的主要反应
（1）CH2=CH2+H2O
CH3CH2OH
（2）2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO
+2H2O
（3）2CH3CHO+O2
2CH3COOH
（4）CH3COOH+C2H5OH
CH3COOC2H5+H2O
催化剂
催化剂
催化剂
催化剂
△
(1)正向思维。从已知原料出发，检索可以生成的中间产物，逐步推向目标有机物，其思维程序是原料→中间产物→产品。
(2)逆向思维。从目标合成物的组成结构入手，找出所需的反应物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品→中间产物→原料。
有机合成路线的设计思维
伍德沃德（Robert
Burns
Woodward），美国有机化学家，现代有机合成之父，获1965年诺贝尔化学奖，合成了维生素B12等极复杂有机化合物24种以上。
科里（Elias
J.
Corey），美国化学家，创建了独特的有机合成理论—逆合成分析理论，使有机合成方案系统化并符合逻辑，并且根据这一理论编制了第一个计算机辅助有机合成路线的设计程序，经他的研究团队合成的复杂有机物有一百多种，于1990年获诺贝尔化学奖。
乙酸乙酯还可能由怎样的路线进行合成？
【乙烯直接氧化成乙醛
】
催化剂（Pd-H3PO4-Cu/Al2O3）
CH2=CH2+O2
CH3COOH
2CH2=CH2+O2
2CH3CHO
催化剂（PdCl2、CuCl2）
【乙烯直接氧化成乙酸】
乙烯
(C2H4)
催化剂
①
H2O
乙醇(C2H6O)
乙醛
(C2H4O)
催化剂
O2
乙酸
(C2H4O2)
催化剂
O2
乙酸乙酯
(C4H8O2)
催化剂
催化剂
②
O2
催化剂
③
O2
乙烯合成乙酸乙酯的三种路线
CH2=CH2
CH3
COOH
CH3CHO
CH3CH2OH
85%
90%
90%
92%
92%
假如各反应的原料利用率如下，生产乙酸应该选择哪条线路？
①
②
③
路线①
92%×92%×90%
≈
76%
路线②
90%×90%
=
81%
路线③
85%
绿色化学。
将污染消除在产生的源头，使整个合成过程和生产过程对环境友好，不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。
原子经济性。
1991年美国化学家特劳斯特提出，即尽量使反应物中的原子进入生成物中，减少副产物，实现零排放。
合成路线的评价
经济性：原料来源、反应物利用率、反应速率、能量消耗、设备技术成本、劳动成本……
绿色化：污染物、生产安全、能耗、噪音……
设计合成路线的考虑因素
1980年中国科学院研究员尹光琳发明“维生素C二步发酵新工艺”，大幅减低了生产成本。
先将葡萄糖还原成为山梨醇，经第一次细菌发酵成为山梨糖，再经第二次细菌发酵转化为KGA，最后异化成为维生素C。
工业合成
VS
天然提取
维生素C
维生素C分子结构中的烯二醇基，尤其是C3位OH由于受共轭效应的影响，酸性较强；C2位OH由于形成分子内氢键，酸性极弱。
维生素C不稳定,
连烯二醇基的结构具有很强的还原性，与空气接触自动氧化生成脱氢抗坏血酸，脱氢抗坏血酸水解生成2、3-二酮C古罗糖酸并可进一步氧化生成苏阿糖酸和草酸。
天然高分子：淀粉、纤维素、蛋白质等
合成高分子：塑料、合成纤维、合成橡胶、新型高分子
二、有机高分子的合成
聚合反应
相对分子质量高达几万、几百万的有机高分子
相对分子质量较小的物质
一定条件下，乙烯分子自身发生加成反应
C＝C
H
H
H
H
催化剂
+
C＝C
H
H
H
H
+
……
C＝C
H
H
H
H
+
…
…
—C—C—
H
H
H
H
—C—C—
H
H
H
H
—C—C—
H
H
H
H
—C—C—
H
H
H
H
加聚反应
含有碳碳双键（或碳碳叁键）相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应叫加成聚合反应，简称加聚反应。
催化剂
△
［CH2
CH2］n
(聚乙烯)
nCH2=CH2
nCH2
＝CH2
〔
CH2
－CH2
〕n
单体
链节
聚合度
高分子聚合物通常是由一组不同聚合度的同系物混合物组成，单个分子的聚合度会在一定范围内变动，而高聚物性质也与聚合度有关。
概念拓展
试写出下列单体发生聚合反应的化学方程式
①CH2=CHCl
②CH2=CH－
nCH2=CH―→
[
CH2—CH
]n
—
—
—
—
nCH2=CHCl―→
[
CH2—CH
]n
｜
Cl
试写出下列高分子聚合物的单体
③［
CF2
CF2］n
④［
CH2
C］n
CH3
｜
｜
COOCH3
CF2═
CF2
CH2
＝C－COOCH3
CH3
｜
◆
聚乙烯(PE)
单体:
CH2=CH2
化学稳定性好、无毒，可做食品和药物的包装材料
◆聚氯乙烯(PVC)
单体:
CH2=CHCl
曾是产量最大的通用塑料，但热稳定性和耐光性有限，用于建材、管材、电缆等。
◆聚苯乙烯(PS)
单体：CH2=CH—C6H5
加工流动性好、刚性好及耐化学腐蚀性好，用于发泡成型，用作保温、防震包装材料及漂浮制品。
◆聚四氟乙烯(PTFE)
单体：CH2=CH—C6H5
性质稳定、抗酸抗碱、耐高温、摩擦系数极低，用作密封件、防腐涂层、防粘材料。
聚甲基丙烯酸甲酯
（有机玻璃、亚克力）
单体：
CH2=C
CH3
COOCH3
较好的透明性、化学稳定性
缩聚反应
形成高分子化合物的同时，还生成小分子化合物（如H2O、NH3）的聚合反应
单体：
苯酚、甲醛
CH2
─
COOH
→
NH2
n
+nH2O
白色污染
可降解塑料
初放时
1个月
2个月
2.5个月
3个月已消纳
有机合成
产物及原料结构
设计合成路线
对不同的合成路经进行优选
碳架特征，
官能团的种类和位置
逆向思维
正向思维
双向思维
科学、简约、
经济、环保
本世纪以来有机合成领域获诺贝尔化学奖情况
年份
成就与贡献
获奖者
2000
发现和发展了导电聚合物
白川英树、艾伦·G·马克迪尔米德、艾伦-J-黑格
2001
对手性催化氢化、氧化反应的研究
巴里·夏普雷斯、威廉
·S·诺尔斯、野依良治
2005
发展了有机合成中的烯烃复分解法
伊夫·肖万、罗伯特·H·格拉布斯、理查德·R·施罗克
2010
对有机合成中钯催化偶联反应的研究
理查德·赫克、根岸荣一、铃木章
2016
分子机器的设计和合成
让-彼埃尔·索瓦、詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特、伯纳德·费林加
人工合成有机化合物
有机合成
利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物的过程。
红豆杉又称紫杉，一级珍稀濒危保护植物，自然条件下生长速度缓慢，再生能力差。
红豆杉中的紫杉醇对乳腺癌、胰腺癌等有特效，最高曾卖到2000美元1克。
9
m高、125树龄的紫杉树可得2
kg
树皮，而30
t干树皮才能得到100
g紫杉醇。
仅1999年到2001年，中美合资云南汉德生物技术有限公司出口了110
kg紫杉醇，这意味着30~60万棵红豆杉被剥皮。
由于毁灭性的破坏，红豆杉在云南境内已濒临绝灭。
紫杉醇的化学全合成方法路径太长、合成步骤太多，试剂昂贵，反应条件极难控制，总收率不足3%，不适合工业生产。
法国科学家皮埃尔（Pierre
Potier）从英国紫杉的叶子中分离出物质10-DAB，它跟紫杉醇的结构非常相似。
1991年，百时美施贵宝（BMS）采用以10-DAB为原料的半合成方法生产紫杉醇，产率超过50%。
1992年，FDA批准紫杉醇注射液，商品名为泰素（Taxol），用于治疗晚期卵巢癌、乳腺癌、非小细胞肺癌、卡波西肉瘤等。
乙酸乙酯存在于菠萝、香蕉等水果中
可作白酒、奶油等的香料原料。
更多用于溶剂、粘合剂、提取剂等。
乙酸乙酯产量（单位：万吨）
年度
2001
2006
2009
全球
125.0
222.0
中国
17.9
63.0
150.0
一、简单有机物的合成
乙酸乙酯
逆合成分析法
产
物
中间反应物
原
料
乙醇
乙酸
乙烯
乙醛
乙醇
乙烯
合成乙酸乙酯的主要反应
（1）CH2=CH2+H2O
CH3CH2OH
（2）2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO
+2H2O
（3）2CH3CHO+O2
2CH3COOH
（4）CH3COOH+C2H5OH
CH3COOC2H5+H2O
催化剂
催化剂
催化剂
催化剂
△
(1)正向思维。从已知原料出发，检索可以生成的中间产物，逐步推向目标有机物，其思维程序是原料→中间产物→产品。
(2)逆向思维。从目标合成物的组成结构入手，找出所需的反应物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品→中间产物→原料。
有机合成路线的设计思维
伍德沃德（Robert
Burns
Woodward），美国有机化学家，现代有机合成之父，获1965年诺贝尔化学奖，合成了维生素B12等极复杂有机化合物24种以上。
科里（Elias
J.
Corey），美国化学家，创建了独特的有机合成理论—逆合成分析理论，使有机合成方案系统化并符合逻辑，并且根据这一理论编制了第一个计算机辅助有机合成路线的设计程序，经他的研究团队合成的复杂有机物有一百多种，于1990年获诺贝尔化学奖。
乙酸乙酯还可能由怎样的路线进行合成？
【乙烯直接氧化成乙醛
】
催化剂（Pd-H3PO4-Cu/Al2O3）
CH2=CH2+O2
CH3COOH
2CH2=CH2+O2
2CH3CHO
催化剂（PdCl2、CuCl2）
【乙烯直接氧化成乙酸】
乙烯
(C2H4)
催化剂
①
H2O
乙醇(C2H6O)
乙醛
(C2H4O)
催化剂
O2
乙酸
(C2H4O2)
催化剂
O2
乙酸乙酯
(C4H8O2)
催化剂
催化剂
②
O2
催化剂
③
O2
乙烯合成乙酸乙酯的三种路线
CH2=CH2
CH3
COOH
CH3CHO
CH3CH2OH
85%
90%
90%
92%
92%
假如各反应的原料利用率如下，生产乙酸应该选择哪条线路？
①
②
③
路线①
92%×92%×90%
≈
76%
路线②
90%×90%
=
81%
路线③
85%
绿色化学。
将污染消除在产生的源头，使整个合成过程和生产过程对环境友好，不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。
原子经济性。
1991年美国化学家特劳斯特提出，即尽量使反应物中的原子进入生成物中，减少副产物，实现零排放。
合成路线的评价
经济性：原料来源、反应物利用率、反应速率、能量消耗、设备技术成本、劳动成本……
绿色化：污染物、生产安全、能耗、噪音……
设计合成路线的考虑因素
1980年中国科学院研究员尹光琳发明“维生素C二步发酵新工艺”，大幅减低了生产成本。
先将葡萄糖还原成为山梨醇，经第一次细菌发酵成为山梨糖，再经第二次细菌发酵转化为KGA，最后异化成为维生素C。
工业合成
VS
天然提取
维生素C
维生素C分子结构中的烯二醇基，尤其是C3位OH由于受共轭效应的影响，酸性较强；C2位OH由于形成分子内氢键，酸性极弱。
维生素C不稳定,
连烯二醇基的结构具有很强的还原性，与空气接触自动氧化生成脱氢抗坏血酸，脱氢抗坏血酸水解生成2、3-二酮C古罗糖酸并可进一步氧化生成苏阿糖酸和草酸。
天然高分子：淀粉、纤维素、蛋白质等
合成高分子：塑料、合成纤维、合成橡胶、新型高分子
二、有机高分子的合成
聚合反应
相对分子质量高达几万、几百万的有机高分子
相对分子质量较小的物质
一定条件下，乙烯分子自身发生加成反应
C＝C
H
H
H
H
催化剂
+
C＝C
H
H
H
H
+
……
C＝C
H
H
H
H
+
…
…
—C—C—
H
H
H
H
—C—C—
H
H
H
H
—C—C—
H
H
H
H
—C—C—
H
H
H
H
加聚反应
含有碳碳双键（或碳碳叁键）相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应叫加成聚合反应，简称加聚反应。
催化剂
△
［CH2
CH2］n
(聚乙烯)
nCH2=CH2
nCH2
＝CH2
〔
CH2
－CH2
〕n
单体
链节
聚合度
高分子聚合物通常是由一组不同聚合度的同系物混合物组成，单个分子的聚合度会在一定范围内变动，而高聚物性质也与聚合度有关。
概念拓展
试写出下列单体发生聚合反应的化学方程式
①CH2=CHCl
②CH2=CH－
nCH2=CH―→
[
CH2—CH
]n
—
—
—
—
nCH2=CHCl―→
[
CH2—CH
]n
｜
Cl
试写出下列高分子聚合物的单体
③［
CF2
CF2］n
④［
CH2
C］n
CH3
｜
｜
COOCH3
CF2═
CF2
CH2
＝C－COOCH3
CH3
｜
◆
聚乙烯(PE)
单体:
CH2=CH2
化学稳定性好、无毒，可做食品和药物的包装材料
◆聚氯乙烯(PVC)
单体:
CH2=CHCl
曾是产量最大的通用塑料，但热稳定性和耐光性有限，用于建材、管材、电缆等。
◆聚苯乙烯(PS)
单体：CH2=CH—C6H5
加工流动性好、刚性好及耐化学腐蚀性好，用于发泡成型，用作保温、防震包装材料及漂浮制品。
◆聚四氟乙烯(PTFE)
单体：CH2=CH—C6H5
性质稳定、抗酸抗碱、耐高温、摩擦系数极低，用作密封件、防腐涂层、防粘材料。
聚甲基丙烯酸甲酯
（有机玻璃、亚克力）
单体：
CH2=C
CH3
COOCH3
较好的透明性、化学稳定性
缩聚反应
形成高分子化合物的同时，还生成小分子化合物（如H2O、NH3）的聚合反应
单体：
苯酚、甲醛
CH2
─
COOH
→
NH2
n
+nH2O
白色污染
可降解塑料
初放时
1个月
2个月
2.5个月
3个月已消纳
有机合成
产物及原料结构
设计合成路线
对不同的合成路经进行优选
碳架特征，
官能团的种类和位置
逆向思维
正向思维
双向思维
科学、简约、
经济、环保
本世纪以来有机合成领域获诺贝尔化学奖情况
年份
成就与贡献
获奖者
2000
发现和发展了导电聚合物
白川英树、艾伦·G·马克迪尔米德、艾伦-J-黑格
2001
对手性催化氢化、氧化反应的研究
巴里·夏普雷斯、威廉
·S·诺尔斯、野依良治
2005
发展了有机合成中的烯烃复分解法
伊夫·肖万、罗伯特·H·格拉布斯、理查德·R·施罗克
2010
对有机合成中钯催化偶联反应的研究
理查德·赫克、根岸荣一、铃木章
2016
分子机器的设计和合成
让-彼埃尔·索瓦、詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特、伯纳德·费林加