高中化学专题三让有机反应为人类造福第一单元有机药物制备学案选修.docx

第一单元有机药物制备1了解阿司匹林的化学合成路线，认识阿司匹林等有机药物对保障人类健康的重要性。2了解制备乙酰水杨酸的原理和方法。3了解研制和生产有机药物时需要关注的技术问题。“头痛感冒发烧，阿司匹林一包”。阿司匹林，这个价格低廉的小白药片或许是迄今为止医药界中最奇妙的药物之一。在解热镇痛类药物的家族中，阿司匹林可谓是其中的“长者”。这种原用于止痛退热的药物，如今被广泛应用在预防心血管系统疾病中。一、阿司匹林1水杨酸与乙酰水杨酸水杨酸与乙酰水杨酸的分子中都含有苯环和羧基。水杨酸分子中羟基上的氢原子被乙酰基取代生成乙酰水杨酸。2阿司匹林的成分和分子结构主要成分是乙酰水杨酸，另外还含有惰性黏合剂(通常用淀粉)。3阿司匹林的合成(1)主要原料：氯苯，其分子的结构简式为。(2)合成路线。首先，苯的一氯代物(氯苯)在催化剂及高温、高压条件下发生水解反应制得苯酚，化学方程式为：苯酚可以在适当条件下与二氧化碳发生反应生成水杨酸，化学方程式为：水杨酸再与醋酸酐反应生成乙酰水杨酸，即阿司匹林，化学方程式为：二、有机药物的制备1有机药物合成的基本步骤每一种有机药物的制备都是一个复杂的过程，首先，要通过结构分析确定有机药物的分子结构；然后，根据它的分子结构研究这种物质的化学合成路线；最后，通过具体的化学合成实验探索合成每一种中间产物的生成条件，以求用最经济的手段制备出目标产物。2有机药物合成时需要注意的关键问题在合成过程中还要防止产生对环境有害的副产物或废弃物。三、化学合成药物的重要作用化学合成药物已在人类生活中得到广泛应用，在抵御疾病、增强人体免疫力、节约自然资源等方面作出了重大贡献。随着科学技术的发展，人类必将制备出更多的对提高人体健康水平有重大作用的药物。思考：科学家制备有机药物的一般过程是什么？提示：从(植物中)发现测定(药物组成、结构)合成改进(药效、毒副作用)设计(新药)合成。一、制备乙酰水杨酸的基本原理1氯苯的制取合成阿司匹林可用氯苯为原料。氯苯分子中的氯原子和氯乙烯分子中的氯原子的地位很相似，氯原子直接和苯环上的杂化碳原子相连，氯原子的一对p电子参与p共轭，因此，该氯原子也很不活泼，在一般条件下不能进行取代反应。氯苯为无色液体，沸点为132 ，可用苯直接氯化制得，反应的化学方程式如下：工业上也可用苯蒸气、空气及氯化氢通过氯化铜催化来制备，反应的化学方程式如下：氯苯可用作溶剂和有机合成的原料。2水杨酸的制备苯的一氯代物(氯苯)在催化剂及高温、高压条件下发生水解反应制得苯酚，苯酚可以在适当条件下与二氧化碳发生反应生成水杨酸。3乙酰水杨酸的制取水杨酸是双官能团化合物，它既是酚又是羧酸，因此它能发生几种不同的酯化反应，它既能与醇反应，也能与酸反应。在醋酸酐存在下，水杨酸生成乙酰水杨酸(阿司匹林)。反应的化学方程式：由于水杨酸既有羧基又有羟基，有少量高聚副产物在反应中生成，使反应变得复杂化。例如，在生成乙酰水杨酸的同时，水杨酸分子之间可以发生缩合反应，生成少量聚合物，如下所示：(n1)H2O乙酰水杨酸能与碳酸氢钠反应生成水溶性的钠盐，而高聚副产物不能溶于碳酸氢钠溶液，这种性质上的差别可以用于阿司匹林的纯化，反应的化学方程式如下：最可能存在于最终产物中的杂质是水杨酸，它的存在是由于乙酰化反应不完全，或者由于产物在分离步骤中发生水解造成的。该物质可在各个纯化阶段和产物的最后重结晶过程中被除去。水杨酸和大多数酚一样，能与氯化铁形成深色配合物，因此，可以利用这个性质对此杂质的存在进行检验。4合成路线拓展思考1：用什么试剂可以引入乙酰基？提示：引入酰基的试剂叫酰化试剂，常用的乙酰化试剂有乙酰氯、醋酸酐、冰醋酸。如：二、有机合成遵循的原则1所选择的每个反应的副产物尽可能少，所要得到的主产物的产率尽可能高且易于分离，避免采用副产物多的反应。2发生反应的条件要适宜，反应的安全系数要高，反应步骤尽可能少而简单。3要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实，必要时应采取一定的措施保护已引入的官能团。4所选用的合成原料要易得，经济。拓展思考2：制备乙酰水杨酸过程中有哪些副反应？如何处理？提示：由于水杨酸是一双官能团化合物，一个官能团为酚羟基，另一个是羧基，因此可以形成少量的高聚物，在酰化过程中生成一种乙酰水杨酸酐副产物，本实验的副产物包括水杨酰水杨酸酯、乙酰水杨酰水杨酸酯、乙酰水杨酸酐和聚合物。这些微量杂质是引起哮喘、麻疹等的过敏源物质。为了除去这部分杂质，可先将乙酰水杨酸变为钠盐，再利用高聚物不溶于水的性质将它们分开。知识点1 有机药物结构与性质的判断【例题1】下列三种有机物是某些药物中的有效成分：对羟基桂皮酸布洛芬阿司匹林以下说法正确的是()。A三种有机物都能与浓溴水发生反应B三种有机物苯环上的氢原子若被氯原子取代，其一氯代物都只有2种C将等物质的量的三种物质加入氢氧化钠溶液中，阿司匹林消耗氢氧化钠最多D使用FeCl3溶液能鉴别出这三种有机物解析：三种有机物中只有对羟基桂皮酸能与溴水反应，故A项错误；其苯环上的一氯代物种数分别为2、2、4，故B项错误；C项中1 mol三种物质反应时，消耗NaOH的物质的量分别为2 mol、1 mol、3 mol，故C项正确；FeCl3溶液能与含有酚羟基的物质发生显色反应，只能鉴别出对羟基桂皮酸，后两者无法加以鉴别。答案：C知识点2 有机药物的合成【例题2】阿司匹林能迅速解热、镇痛。长效缓释阿司匹林可在体内逐步水解而疗效更佳。用丙酮为主要原料合成长效缓释阿司匹林的流程如下图。回答下列问题：(1)上述合成C的路线曾用作有机玻璃单体()合成路线的一部分。现在人们利用最新开发的2价钯的均相钯催化剂体系，将丙炔在甲醇和一氧化碳存在下，于60 、6 MPa条件下羰基化，一步制得，其化学方程式为_；如此改进的优点为_。(2)阿司匹林的结构简式为_，下列物质与阿司匹林互为同分异构体的有_(填字母编号)。 a bc(3)根据题示信息，用苯酚为主要原料合成，模仿以上流程图设计合成路线，标明每一步的反应物及反应条件。(有机物写结构简式，其他原料自选)例：由乙醇合成聚乙烯的反应流程图可表示为CH3CH2OHCH2=CH2解析：(1)从题中的信息可以写出化学方程式，此法的优点是原子利用率高，没有污染；(2)由上述的流程，推出B为，B发生消去反应后得到C，C的结构简式为，高聚物D的结构简式是，由D与乙二醇、阿司匹林反应生成缓释阿司匹林，可以推出阿司匹林的结构简式为；(3)流程为： 。答案：(1)CH3CCHCH3OHCOCH2CCH3COOCH3原子利用率达100%，且避免酸催化剂对环境的污染(2)(3) 1 PPA是一种常用的抗感冒药，但服用该药品能引起头昏、头痛、血压升高，甚至中风、肾功能衰竭等危险。因此，包括我国在内的许多国家已发布了停用含PPA感冒药的通知。已知PPA由四种元素构成，且这四种元素均位于元素周期表的前两周期，其比例模型如图所示，下列有关PPA的说法中正确的是()。APPA的分子式为C9H12NOBPPA既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应CPPA能发生取代、加成、氧化和消去反应DPPA分子中所有碳原子一定在同一平面上答案：C2蜂皇酸是蜂王浆的主要活性成分之一，具有灭菌、防辐射、防脱发、抗癌等多种生理功能。蜂皇酸Q由C、H、O三种元素组成，且C、H、O三种元素的原子个数比为10163，Q分子中没有支链。1 mol Q需要1 mol NaOH完全中和，1 mol Q可以和1 mol Br2加成，其相对分子质量不大于200。Q能发生下列转化：已知：RCH=CHRRCOOHRCOOH回答下列问题：(1)写出Q的分子式：_。(2)上述转化过程中，发生氧化反应的官能团是_。(3)写出BC的化学方程式：_(写一种情况即可)。(4)D有多种同分异构体，其中分子中只含一种官能团、烃基上一元取代物只有一种的同分异构体的结构简式是_(要求写一种即可)。解析：根据其原子个数比以及相对分子质量不大于200即可确定其化学式为C10H16O3，根据其性质可确定其结构中有一个羧基和一个碳碳双键。另由生成A的反应条件可判断还有一个羰基。根据物质中含有的氢原子数