高中化学选修五3-4-有机合成-人教版(43张PPT)

(共43张PPT)
有机合成使人类在旧的自然界旁又建立起一个新的自然界，大大地改变了社会上物质及商品的面貌，使人类的生活发生了巨大的革命。
——[美]
伍德沃德
1965年诺贝尔化学奖
Robert
B.
Woodward(United
States
)
有机合成
·复写自然物质
可以制备天然有机物，以弥补自然资源的不足，
解热镇痛药物——阿司匹林
·修饰自然物质
有机合成
还可以对天然有机物进行局部的结构改造和修饰，使其性能更加完美，
·创造新物质
有机合成
如尼龙、涤纶、炸药、医药等
甚至可以合成具有特定性质的、自然界并不存在的有机物,以满足人类的特殊需要。
人工合成的新型抗禽流感、甲型H1N1病毒的最有效的药物之一--达菲
合成纤维
合成橡胶
塑
料
宇航服中应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。
有机材料的惊艳绽放
新型的ETFE（乙烯一四氟乙烯共聚物）
科技创造生活，合成造福人类！
“水立方”是我国第一个采用ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)膜材料作为立面维护体系的建筑。
⒈压性很好，每个泡泡都可承受汽车的重量
⒉保温隔热
⒊会“呼吸”
⒋有很强的自洁性
⒌节能
每天自然光照9个小时以上
3000个美丽的蓝色泡泡
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。
一、有机合成的过程
⒈有机合成的概念：
交
与
学
自
流
阅读P64第三自然段，回答：
⒈什么是有机合成？
⒉有机合成的任务有哪些？
⒉有机合成的任务：
⑴目标化合物分子骨架的构建；
⑵官能团的转化。
碳链发生变化：
碳链增长、缩短、成环
酯化
乙酸乙酯
乙酸
乙醛
乙醇
氧化
氧化
乙烯
水化
二、有机合成的分析方法
交
与
学
自
流
⒈如何以乙烯为主要原料（无机试剂任选）合成乙酸乙酯？写出有关的化学方程式。
⒉上述反应中出现了几种有机物？它们在整个合成过程中分别起什么作用？
途径1：
基础原料
中间体1
目标
化合物
中间体2
辅助原料1
辅助原料2
辅助原料3
副产物1
副产物2
图3-23
有机合成过程示意图
即正向思维法，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，逐步推向目标化合物。
思维程序：
世界上每年合成的近百万种新化合物中约70%以上是有机化合物，其中逆向合成法是一种重要的合成方法。
1982年研制出长效缓释阿司匹林
美国哈佛大学教授（E.J.Corey）
科里于1967年提出了“逆合成分析原理”，将有机合成路线设计技巧艺术地变成了有严格思维逻辑的科学，并利用电子计算机来设计有机合成路线，开创了计算机辅助有机合成的新纪元。
图3-24
逆合成分析法示意图
基础原料
中间体1
目标
化合物
中间体2
原料
中间产物
产品
顺
顺
逆
逆
又称逆推法，其特点是从目标化合物出发倒推一步，寻找上一步反应的原料（中间体），并同样找出它的更上一步原料（中间体），如此继续直至到达简单的初始原料为止。
C--OH
C--OH
O
O
H2C—OH
H2C—OH
H2C—Cl
H2C—Cl
(石油裂解气)
CH3CH2OH
+H2O
+Cl2
[O]
浓H2SO4
水解
1
2
3
4
5
△
C-O--C2H5
C-O--C2H5
O
O
学与问
以CH2=CH2为原料如何合成草酸二乙酯？
CH2＝CH2
—多步反应一次计算
A
B
C
93.0%
81.7%
85.6%
90.0%
总产率计算
总产率=
1×93.0%×81.7%×90.0%×85.6%
=
58.54%
学与问
卡托普利为血管紧张素抑制剂，临床上用于治疗高血压和充血性心力衰竭。文献共报道了10条合成该物质的路线，其中最有价值的是以2-甲基丙烯酸为原料，通过四步反应得到目标化合物。
各步反应的产率如下：
该合成路线的总产率为多少？
+
切断
用2-丁烯、乙烯为原料设计合成
的逆合成分析思路。
认目标
巧切断
再切断
……
得原料
得路线
逆合成分析：
NaOH
C2H5OH
NaOH水
合成路线：
Br2
O2
Cu
O2
浓H2SO4
Br2
Br2
NaOH水
关键：
设计合成路线，即碳骨架的构建、官能团的引入或转化。
三、有机合成的思路
⒈基础原料和辅助原料要廉价、易得、低毒、低污染——通常采用4个C以下的单官能团化合物和单取代苯。
⒉尽量选择步骤最少的合成路线——以保证较高的产率。
⒊要符合“环保、绿色”的要求(绿色化学)—提高原子利用率
⒋操作简单、条件温和、能耗低、易实现。
⒌尊重客观事实，按一定顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应。
四、有机合成遵循的原则
有机原料库：苯、甲苯、乙烯、丙烯、乙炔、2—丁烯
⒈官能团的引入
⒉官能团的消除
⒊官能团的衍变
⒋有机成环反应规律
㈠常见官能团引入的方法
⒈在有机化合物中引入碳碳双键
⑴卤代烃的消去
⑵醇的消去
⑶炔烃与氢气
1：1
加成
三种方法
有机合成必备的基本知识
⑵烯烃与水加成
⑶醛/酮加氢
⑷酯的水解
四种方法
⑴卤代烃水解
⒊在有机化合物中引入羟基
⑵醇与HX取代
⑶加成反应：
烯烃、炔烃等与X2或HX加成
三种方法
⒋在有机化合物中引入醛基
⑴某些醇氧化
⑵糖类水解
⑶炔烃水化
三种方法
⑴烃或烃的衍生物与X2取代反应
⒉在有机化合物中引入卤素原子
①甲烷和氯气
②苯和溴
③酚和溴水
⑴醛氧化
⑵苯的同系物被强氧化剂氧化
⑶羧酸盐酸化
⑷酯的酸性水解
㈡常见官能团消除的方法
⒈通过加成反应消除不饱和键
CH2=CH2
+
H2
CH3CH3
Ni
△
CH3CH=O
+
H2
CH3CH2OH
催化剂
Δ
⒉通过加成（加H）或氧化（加O）消除醛基
H3CHC=O
+
H2
CH3CH2OH
催化剂
Δ
⒌在有机化合物中引入羧基
⒊通过消去或氧化或酯化等消去羟基
2CH3CHO+O2
2CH3COOH
催化剂
Δ
CH3O-H
+
HCO-OH
HCOOCH3
+
H2O
浓硫酸
△
H-CH3CH2-OH
CH2=CH2
+
H2O
浓硫酸
△
2CH3CH2OH
+
O2
2CH3CHO
+
2H2O
Cu
△
⒈不同官能团间的转换（利用衍生关系）（种类）
㈢官能团的衍变
RCH2CH2-X
R-CH=CH2
RCH2CH2OH
RCH2CHO
RCH2COOH
RCH2COOCH3
⒉通过某种化学途径增加官能团（数目）
CH3CH2OH
HOCH2CH2OH
CH2=CH2
ClCH2CH2Cl
CH2=CHCH2CH3
CH3CH=CHCH3
CH3CHClCH2CH3
CH3CH=CH2
CH3CH2CH2OH
CH3CH(OH)CH3
⒊通过某种途径使官能团的位置改变
注意：信
息
优
先
㈣碳骨架的增减
?增长：
①酯化反应；
②醇分子间脱水(取代反应)生成醚；③加聚反应；
④缩聚反应；
⑤C=C或C≡C和HCN加成等
有机合成题中碳链的增长，一般会以信息形式给出，常见的方式为有机物与HCN反应以及不饱和化合物间的聚合等。
?减短：
①水解反应：酯水解，糖类、蛋白质(多肽)水解
②烷烃的裂化和裂解；
③脱羧反应；
④烯烃、炔烃、苯的同系物等的氧化。
㈤有机成环反应规律
⒈形成环酯
⒉氨基酸形成环状肽
⒊形成环醚
⒋形成环酸酐
⒌形成环烃
【例1】以BrCH2-CH=CH-CH2Br为原料合成药物CH3OOC-CH=CH-COOCH3的路线为：
交
与
考
思
流
BrCH2-CH=CH-CH2Br
1
HOCH2-CH=CH-CH2OH
HOCH2-CHCl-CH2-CH2OH
HOOC-CHCl-CH2-COOH
HOOC-CH=CH-COOH
CH3OOC-CH=CH-COOCH3
2
3
4
5
问：1、2两步能否颠倒？设计2、4两步的目的是什么？
官能团的保护和复原
有机合成题是有机化学的重要题型。在解这类题时经常会遇到这种情况：
欲对某官能团进行处理时，其他官能团却可能受到“株连”而被破坏，因此我们必须采取一定的措施将不需要转变的官能团暂时保护起来，当另一官能团已经转变后再将其复原。
⒈碳碳双键的保护和复原
⒉酚羟基的保护和复原
【思考】看到下列反应条件时，你会想到是什么物质发生反应？产物是什么？
⑴Br2/CCl4
Cl2/光照
Cl2/Fe
Br2
⑵浓硫酸，△
⑶NaOH/H2O
有机物间转化关系——
反应条件归纳
⑷H+/H2O
⑸[Ag(NH3)2]+、OH-、△
⑹O2、Cu、△
⑺H2、Ni、△
⑻NaHCO3
⑼A氧化B氧化C
⑽NaOH、醇、△
还原
水解
酯化
酯
羧酸
醛
醇
卤代烃
氧化
氧化
水解
主要有机物之间转化
取代
烷烃
取代
烯烃
炔烃
水化
消去
水化
消去
加成
加成
加成
必备知识回顾：
2000多年前，希腊生理学家和医学家希波克拉底（Hippocrates）发现，杨树、柳树的皮叶中含有能镇痛和退热的物质。
邻羟基苯甲酸，俗称:水杨酸
1898年，德国化学家Hoffmann霍夫曼改善了水杨酸的疗效
乙酰水杨酸
你知道吗？
水杨酸
乙酸酐
乙酰水杨酸
　　1899年由德国拜尔公司开始生产，应用于临床，取名阿司匹林（Aspirin
），是第一种重要的人工合成药物。
阿司匹林晶体
阿司匹林药品
(1)2-氯丁烷
(2)2-丁醇
(3)2,3-二氯丁烷
(4)2,3-丁二醇
催化剂
CH3CH=CHCH3+HCl
CH3CHCH2CH3
Cl
催化剂
CH3CH=CHCH3+H2O
CH3CHCH2CH3
OH
CH3CH=CHCH3+Cl2
CH3CHCHCH3
Cl
Cl
CH3CH=CHCH3+Cl2
CH3CHCHCH3
Cl
Cl
CH3CHCHCH3
+
2NaOH
Cl
Cl
H2O
CH3CH-CHCH3
+
2NaCl
OH
OH
1.写出以2-丁烯为原料制备下列物质反应的化学方程式。