(共36张PPT)
有机化合物的合成（2）
高二年级
化学
有机合成过程
基础原料
中间体
中间体
目标化合物
辅助原料
辅助原料
辅助原料
副产物
副产物
实现分子碳骨架的构建和官能团的转化
一、有机合成路线的设计
从确定的某种原料分子开始,逐步经过碳骨架的构建和官能团的引入和转化来完成。
在这样的有机合成路线设计中,首先要比较原料分子和目标分子在结构上的异同,包括官能团和碳骨架两个方面的异同；然后,设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。
基础原料
中间体
目标化合物
交流?研讨
某种医用胶的结构简式为
某同学以乙烯为起始物，设计了这种化合物的合成路线。请欣赏......
思考：在合成路线中，碳骨架是如何构建的？
官能团是如何转化的？
CH2
C
COOCH2(CH2)2CH3
CN
某医用胶的合成路线
⑤
C
CH2
COOCH2(CH2)2CH3
CN
CH2
CH2
CH3
CH2OH
CH3
CHO
CH3
COOH
ClCH2COOH
CH3(CH2)2CH2OH
ClCH2COOCH2(CH2)2CH3
NaCN
NC—CH2COOCH2(CH2)2CH3
HCHO
HOCH2CHCOOCH2(CH2)2CH3
CN
①
②
③
④
⑥
⑦
⑧
对比
原料分子
目标分子
结构
简式
碳链
变化
官能团
变化
2个C
8个C
-C≡N
原料分子跟目标分子的差异：
-C-O-
=
O
CH2
CH2
C
CH2
COOCH2(CH2)2CH3
CN
-C
C-
-C
C-
某医用胶的合成路线
C
CH2
COOCH2(CH2)2CH3
CN
⑤
CH2
CH2
CH3
CH2OH
CH3
CHO
CH3
COOH
ClCH2COOH
CH3(CH2)2CH2OH
ClCH2COOCH2(CH2)2CH3
NaCN
NC—CH2COOCH2(CH2)2CH3
HCHO
HOCH2CHCOOCH2(CH2)2CH3
CN
①
②
③
④
⑥
⑦
⑧
对于复杂的有机化合物如何更高效的设计合成路线呢？
中国科学工作者
世界首次合成
结晶牛胰岛素
逆合成分析法基本思路
目标化合物
中间体1
中间体2
原料1
原料2
原料4
原料5
原料3
在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，得到中间体；继续断开中间体适当位置的化学键；依次倒推，确定最适宜的基础原料和合成路线。
苯甲酸苯甲酯用途广泛，尝试用逆合成分析法设计其合成路线。
苯甲酸苯甲酯的结构简式
目标化合物
逆合成分析过程
请你观察目标化合物的分子结构的特点。
往前倒推一步，合成它的中间体可能是什么？
逆合成分析过程
目标化合物
酯基
逆合成分析过程
中间体1
中间体2
目
标
化
合
物
骨
架
拆
分
逆合成分析过程
骨
架
拆
分
目
标
化
合
物
官能团转化
原料分子
①
Cl2
光
NaOH
H2O
KMnO4/H+
浓硫酸
△
浓硫酸
△
氧化剂
Cl2
光
NaOH
H2O
②
H+
KMnO4
LiAlH4
浓硫酸
△
③
H2
Ni
浓硫酸
△
Cl2
光
NaOH
H2O
氧化剂
④
工业合成路线
Cl2
光照
NaHCO3
O2
催化剂
催化剂
以乙烯为唯一的有机原料（无机试剂及催化剂可以任选），根据以下信息设计合成二丙酸乙二酯的路线。
资料：R-Cl
+
NaCN
R-CN
+
NaCl
R-CN
+
2H2O
+
HCl
RCOOH
+
NH4Cl
CH3CH2
C
O
CH2CH2
O
C
CH2CH3
O
O
二丙酸乙二酯
（-CN
氰基）
应用?实践:
对比
原料分子
目标分子
结构
简式
碳链
变化
官能团
变化
2个C
8个C
原料分子跟目标分子的差异：
CH3CH2
C
O
CH2CH2
O
C
CH2CH3
O
O
C
O
=
O
CH2
CH2
C
C
逆合成分析
观察目标分子
CH3CH2
C
O
CH2CH2
O
C
CH2CH3
O
O
逆向分析
逆合成分析
观察目标分子
CH3CH2
C
O
CH2CH2
O
C
CH2CH3
O
O
CH3CH2COOH
HOCH2CH2OH
对比分子骨架
官能团
CH3CH2COOH
BrCH2
CH2Br
HOCH2CH2OH
逆向分析
逆合成分析
观察目标分子
CH3CH2
C
O
CH2CH2
O
C
CH2CH3
O
O
CH3CH2COOH
BrCH2
CH2Br
HOCH2CH2OH
CH2
CH2
对比分子骨架
官能团
逆向分析
逆合成分析
观察目标分子
CH3CH2
C
O
CH2CH2
O
C
CH2CH3
O
O
CH3CH2COOH
BrCH2
CH2Br
需增长碳链
转化官能团
HOCH2CH2OH
CH2
CH2
对比分子骨架
官能团
逆向分析
逆合成分析
观察目标分子
CH3CH2
C
O
CH2CH2
O
C
CH2CH3
O
O
CH3CH2COOH
需增长碳链
转化官能团
增长碳链
引入羧基
对比分子骨架
官能团
资料：R-Cl
+
NaCN
R-CN
+
NaCl
R-CN
+
2H2O
+
HCl
RCOOH
+
NH4Cl
（-CN
氰基）
CH2
CH2
CH3CH2COOH
增长碳链
引入羧基
CH3CH2CN
丙腈
对比分子骨架
官能团
资料：R-Cl
+
NaCN
R-CN
+
NaCl
R-CN
+
2H2O
+
HCl
RCOOH
+
NH4Cl
（-CN
氰基）
CH2
CH2
CH3CH2COOH
资料：R-Cl
+
NaCN
R-CN
+
NaCl
R-CN
+
2H2O
+
HCl
RCOOH
+
NH4Cl
增长碳链
引入羧基
CH3CH2CN
CH3CH2Cl
丙腈
对比分子骨架
官能团
（-CN
氰基）
CH2
CH2
正向梳理，写出合成路线
CH2OH
CH2OH
CH2Br
CH2Br
Br2
NaOH
水溶液
转化官能团
CH2
CH2
正向梳理，写出合成路线
CH2OH
CH2OH
CH2Br
CH2Br
CH2
CH2
Br2
增长碳链
转化官能团
转化官能团
NaOH
水溶液
CH3CH2CN
CH3CH2Cl
CH2
CH2
HCl
催化剂
NaCN
CH3CH2COOH
H2O
HCl
正向梳理，写出合成路线
CH2OH
CH2OH
CH2Br
CH2Br
CH3CH2COOH
CH3CH2CN
CH3CH2Cl
CH2
CH2
HCl
催化剂
NaCN
H2O
HCl
浓硫酸
O
CH3-CH2-C-O-CH2-CH2-O-C-CH2-CH3
O
CH2
CH2
Br2
NaOH
水溶液
请同学们思考用逆合成分析法设计合成路线的基本步骤以及要素。
逆合成分析法思路小结
观察目标化合物的分子结构
碳骨架特征，
官能团种类、位置
逆合成分析法思路小结
寻断键处
逆推原料分子
碳骨架的构建
官能团引入、转化
应用有机化合物的转化及新信息
碳骨架特征，
官能团种类、位置
观察目标化合物的分子结构
寻断键处
逆合成分析法思路小结
优化合成路线
逆推原料分子
碳骨架的构建
官能团引入、转化
应用有机化合物的转化及新信息
碳骨架特征，
官能团种类、位置
观察目标化合物的分子结构
寻断键处
逆合成分析法思路小结
“绿色化学”
“绿色化学”合成原则
原料：易得廉价，低毒性，低污染
反应：条件温和，操作安全，产率高
路线：科学高效，步骤少
逆推至原料
分子骨架的构建和
官能团的转化
应用有机化合物的转化及新信息
逆合成分析法思路小结
分子骨架特征，
官能团种类、位置
观察目标化合物的分子结构
寻断键处
优化合成路线
“绿色化学”
有机合成的应用
超级炸药——八硝基立方烷
工程塑料——聚碳酸酯(共36张PPT)
有机化合物的合成（1）
高二年级
化学
有机合成
有机合成是利用简单、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。
蒿甲醚结构简式
抗疟药物蒿甲醚
塑料
合成纤维
合成橡胶
思考：对比原料和产物的分子结构，体会每一步在合成中的目的。
认识有机合成
H+，H2O
NaCN
Br2
催化剂
H2O
，催化剂
CH2=CH2
CH2-Br
CH2-Br
CH2-CN
CH2
COOH
COOH
CH3CH2OH
COOCH2CH3
CH2
CH2
COOCH2CH3
CH2-CN
CH2
认识有机合成
H+，H2O
NaCN
Br2
催化剂
H2O
，催化剂
CH2=CH2
CH2-Br
CH2-Br
CH2-CN
CH2-CN
CH2
CH2
COOH
COOH
CH3CH2OH
COOCH2CH3
CH2
CH2
COOCH2CH3
中间体1
中间体2
中间体3
认识有机合成
H+，H2O
NaCN
Br2
催化剂
H2O
，催化剂
CH2=CH2
CH2-Br
CH2-Br
CH2-CN
CH2
COOH
COOH
CH3CH2OH
COOCH2CH3
CH2
CH2
COOCH2CH3
CH2-CN
CH2
中间体1
中间体2
中间体4
中间体3
认识有机合成
中间体1
中间体2
中间体4
官能团转化
官能团
转化
碳骨架构建
官能团
转化
官能团
转化
H+，H2O
NaCN
Br2
催化剂
H2O
，催化剂
CH2=CH2
CH2-Br
CH2-Br
CH2-CN
CH2
COOH
COOH
CH3CH2OH
COOCH2CH3
CH2
CH2
COOCH2CH3
CH2-CN
CH2
中间体3
碳骨架的构建
官能团的转化（引入、消除）
官能团的转化（引入、消除）
有机合成的一般思路示意图
隐形眼镜材料
改造
天然有机化合物
合成
新的有机化合物
制备
天然有机化合物
阿司匹林缓释片
水仙花香料
有
机
合
成
流
程
示
意
图
核心
一、有机合成的关键：
1.碳骨架的构建
2.官能团的引入
活动1
了解有机合成中碳骨架的构建方法
增长碳链
CH3CH2Br
+
NaCN
CH3CH2CN
+
NaBr
丙腈
CH3CH2CN
CH3CH2COOH
H2O，H+
丙酸
缩短碳链
烯烃、炔烃的氧化反应
CH3COONa
+
NaOH
CH4↑+
Na2CO3
△
羧酸或羧酸盐脱去分子中的羧基
拓展视野：
利用羟醛缩合反应增长碳链
活动2
利用所学的有机化学反应，列出引入卤素原子（-X）的几种方法
利用加成反应引入
HX/催化剂
△
—C—C—
—
—
—
H—C—C—X
—
—
—
—
X2
—C—C—
—
—
—
X—C—C—X
—
—
—
—
HX/催化剂
△
—C—C—
—
—
H—C—C—X
—
—
—
X2
—C—C—
—
—
X—C—C—X
—
—
—
利用取代反应引入
X2
光照
X2/FeX3
—C—X
—
—
—C—H
—
—
取代的位置和个数有多种情况，会生成多种有机产物，不常用。
可用于甲苯、丙烯等分子的甲基上引入卤原子。
利用取代反应引入
X2
光照
X2/FeX3
—C—X
—
—
—C—H
—
—
HX(浓)
△
利用取代反应引入
Br2
—C—OH
—
—
—C—X
—
—
活动3
利用所学的有机化学反应，列出下列官能团的引入方法
1.引入碳碳双键的方法
2.引入羟基的方法
3.引入羰基的方法
4.引入羧基的方法
1.引入碳碳双键的方法
CH3CH2OH
CH3CH2X
CH3COOH
CH3CHO
CH2=CH2
H2O/H+,
Δ
KOH乙醇溶液
HX
①银氨溶液/新制氢氧化铜悬浊液②H+
酸性KMnO4溶液
HX
NaOH水溶液
H2（催化氢化）
O2（催化氧化）
LiAlH4
浓硫酸,170℃
1.引入碳碳双键的方法
NaOH/乙醇
△
消去反应
-C=C-
H-C-C-X
浓硫酸
△
消去反应
H-C-C-OH
-C=C-
H2/催化剂
△
加成反应
C≡C
H
C=C
H
2.引入羟基的方法
CH3CH2OH
CH3CH2X
CH3COOH
CH3CHO
CH2=CH2
H2O/H+,
Δ
KOH乙醇溶液
HX
浓硫酸,
170℃
①银氨溶液/新制氢氧化铜悬浊液②H+
酸性KMnO4溶液
LiAlH4
HX
NaOH水溶液
H2（催化氢化）
O2（催化氧化）
2.引入羟基的方法
NaOH/H2O
△
水解反应
OH-/△
或H+/△
ROH
ROOCR’
水解反应
H2O/催化剂
△
加成反应
-C=C-
H-C-C-OH
-C-X
-C-OH
H2/催化剂
△
加成反应
-C-(H)
=
O
-C-(H)
OH
H
3.引入羰基的方法
CH3CH2OH
CH3CH2X
CH3COOH
CH3CHO
CH2=CH2
H2O/H+,
Δ
KOH乙醇溶液
HX
浓硫酸,170℃
①银氨溶液/新制氢氧化铜悬浊液②H+
酸性KMnO4溶液
LiAlH4
HX
NaOH水溶液
H2（催化氢化）
O2（催化氧化）
3.引入羰基的方法
氧化反应
O2
Cu/Ag,△
C
(H)
OH
H
C
(H)
O
4.引入羧基的方法
CH3CH2OH
CH3CH2X
CH3COOH
CH3CHO
CH2=CH2
H2O/H+,
Δ
KOH乙醇溶液
HX
①银氨溶液/新制氢氧化铜悬浊液②H+
酸性KMnO4溶液
LiAlH4
HX
NaOH水溶液
H2（催化氢化）
O2（催化氧化）
浓硫酸,170℃
4.引入羧基的方法
①OH-/△
②酸化
或H+/△
O2/催化剂
△
水解反应
氧化反应
C
H
O
C
OH
O
R
C
OR'
O
R
C
OH
O
写出由2-溴丁烷（CH3-CHBr-CH2-CH3）转化为1,4-丁二酸（HOOC-CH2-CH2-COOH）的合成路线。
应用?实践
方案1：
CH3-CH=CH-CH3
Br2
CH3-CHBr-CHBr-CH3
CH2=CH-CH=CH2
Br2
BrCH2-CH=CH-CH2Br
NaOH/H2O
△
HOCH2-CH=CH-CH2OH
KMnO4/H+
HOOC-CH=CH-COOH
HOOC-CH2-CH2-COOH
CH3-CHBr-CH2-CH3
NaOH/乙醇
△
NaOH/乙醇
△
H2/催化剂
△
方案1：
CH3-CH=CH-CH3
CH3-CHBr-CHBr-CH3
CH2=CH-CH=CH2
Br2
BrCH2-CH=CH-CH2Br
NaOH/H2O
△
HOCH2-CH=CH-CH2OH
KMnO4/H+
HOOC-CH=CH-COOH
H2/催化剂
△
HOOC-CH2-CH2-COOH
CH3-CHBr-CH2-CH3
NaOH/乙醇
△
NaOH/乙醇
△
Br2
方案1：
碳碳双键同时被氧化，不可行
CH3-CH=CH-CH3
CH3-CHBr-CHBr-CH3
CH2=CH-CH=CH2
Br2
BrCH2-CH=CH-CH2Br
NaOH/H2O
△
HOCH2-CH=CH-CH2OH
KMnO4/H+
HOOC-CH=CH-COOH
H2/催化剂
△
HOOC-CH2-CH2-COOH
CH3-CHBr-CH2-CH3
NaOH/乙醇
△
NaOH/乙醇
△
Br2
KMnO4/H+
H2/催化剂
△
HOCH2-CH2-CH2-CH2OH
HOOC-CH2-CH2-COOH
CH3-CH=CH-CH3
CH3-CHBr-CHBr-CH3
CH2=CH-CH=CH2
Br2
BrCH2-CH=CH-CH2Br
NaOH/H2O
△
CH3-CHBr-CH2-CH3
NaOH/乙醇
△
NaOH/乙醇
△
HOCH2-CH=CH-CH2OH
方案2：
Br2
CH3-CHBr-CH2-CH3
CH3-CH=CH-CH3
CH3-CHBr-CHBr-CH3
CH2=CH-CH=CH2
CH3-C≡C-CH3
CH2Br-CH=CH-CH2Br
CH2Br-CHBr-CHBr-CH2Br
CH3-CBr2-CBr2-CH3
熟悉一些常见的改变官能团数目和位置的路线
总结
碳骨架的构建
官能团的引入
有机合成的关键
增长碳链
缩短碳链
引入卤原子
引入碳碳双键
引入羟基
引入羧基
